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本研究采用瑞士EBee-RTK無人機(jī)，測(cè)量時(shí)間為2019年5月18日10點(diǎn)，該時(shí)段天氣晴朗無風(fēng)，設(shè)計(jì)航向重疊度80％，旁向重疊度75％，地面分辨率0.03cm。設(shè)計(jì)工況下，航拍高度為150m，航拍面積為0.3m2。航拍過程采用布設(shè)相控點(diǎn)的方式，無需在已知控制點(diǎn)上布設(shè)基站，設(shè)置6個(gè)相控點(diǎn)，相控點(diǎn)平面誤差為0.02m，高程誤差為0.05m。

完成航拍作業(yè)后，將無人機(jī)外業(yè)航拍照片及飛行姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（POS）數(shù)據(jù)導(dǎo)出，瑞士EBee-RTK無人機(jī)采集的POS數(shù)據(jù)不能自動(dòng)寫入到照片中，需要手動(dòng)在后處理軟件PIX4D中進(jìn)行對(duì)應(yīng)添加。然后進(jìn)行初步空中三角測(cè)量，之后將采集的相控點(diǎn)刺在對(duì)應(yīng)的無人機(jī)照片上，反復(fù)進(jìn)行刺點(diǎn)優(yōu)化達(dá)到精度要求后，進(jìn)行PIX4D軟件自動(dòng)化運(yùn)算及數(shù)字正射影像（DOM）和數(shù)字高程模型（DEM）成果輸出，最后將輸出的成果加入EPS三維測(cè)圖軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)提取及測(cè)繪成果輸出。無人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)處理流程見圖3。 

 圖3 無人機(jī)數(shù)據(jù)處理流程

⑶三維激光掃描

三維激光掃描技術(shù)是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)新突破。它通過高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。可以快速、大量地采集空間點(diǎn)位信息，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。

掃描儀本身含有掃描系統(tǒng)和激光測(cè)距系統(tǒng)，同時(shí)也含有控制和矯正系統(tǒng)及集成電荷耦合器件（CCD）。儀器工作時(shí)，通過測(cè)量水平角的反射鏡和測(cè)量天頂距的反射鏡一起有序旋轉(zhuǎn)，將激光脈沖依次掃過被測(cè)量的區(qū)域，測(cè)量每個(gè)激光脈沖的空間距離及掃描激光脈沖的水平角度和天頂距離，最后通過計(jì)算其坐標(biāo)的方法得到被測(cè)量區(qū)域的三維坐標(biāo)。

采用FARO Focus3D X330相位掃描儀進(jìn)行測(cè)掃作業(yè)。外業(yè)掃描時(shí)無需在已知控制點(diǎn)架設(shè)儀器，而是將掃描儀進(jìn)行初步整平，直接架設(shè)在任意位置，在掃描儀兩側(cè)放置6個(gè)測(cè)量標(biāo)靶，標(biāo)靶距離掃描測(cè)站約30m，每次更換掃描儀位置時(shí)標(biāo)靶同步進(jìn)行傳遞，后期通過靶球拼接處理。單次掃描時(shí)間為8min，90％不光滑反射表面上在戶外陰天環(huán)境中掃描距離為0.6～330.0m，在10、25m時(shí)測(cè)距誤差為±2mm。本次掃描布設(shè)兩條掃描測(cè)線將研究區(qū)分為兩部分，掃描間距為60m，布設(shè)成交叉向前掃描形式。

將掃描儀測(cè)掃出來的“fls”格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入后處理軟件Trimble Real Wors中，先進(jìn)行噪點(diǎn)剔除，然后使用重疊度算法進(jìn)行自動(dòng)化拼接。由于FARO Focus3D X330掃描儀采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)只具有相對(duì)坐標(biāo)，需要手動(dòng)在后處理軟件中添加布設(shè)的控制點(diǎn)坐標(biāo)，整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接完成后，使用軟件中的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，參照布設(shè)的控制點(diǎn)坐標(biāo)，將掃描儀測(cè)掃的相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成CGCS2000坐標(biāo)，最后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入EPS三維測(cè)圖軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)提取及測(cè)繪成果輸出。掃描儀數(shù)據(jù)處理流程見圖4。

圖4 掃描儀數(shù)據(jù)處理流程

為獲取完整的地形點(diǎn)云數(shù)據(jù)，三維激光掃描過程需經(jīng)過多站掃描拼接，采用RTK進(jìn)行控制測(cè)量、布設(shè)并測(cè)量標(biāo)靶，精確掃描標(biāo)靶，基于標(biāo)靶進(jìn)行內(nèi)業(yè)測(cè)站間拼接和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，從而得到大地坐標(biāo)系下地形的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描作業(yè)過程較繁瑣。

二、結(jié)果與討論

參考《海洋工程地形測(cè)量規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，干出灘測(cè)量的高程誤差限為0.200m，平面誤差根據(jù)測(cè)量比例尺，中誤差不應(yīng)大于圖上1.000mm。考慮到實(shí)踐中，沙灘剖面地形測(cè)量比例尺一般為1∶200，按照1∶200測(cè)量的精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，則要求平面定位中誤差不得超過0.200m。

⒈航拍及掃描數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)分析

將無人機(jī)航攝獲取的DOM及DEM成果及三維激光掃描儀獲取的點(diǎn)云成果分別導(dǎo)入EＰＳ軟件中，在EPS中載入人工實(shí)測(cè)的40個(gè)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，利用軟件提取功能分別獲取平面位置最接近人工實(shí)測(cè)點(diǎn)的40個(gè)無人機(jī)及三維激光掃描儀成果數(shù)據(jù)，與RTK測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見表1、表2(略），各檢查點(diǎn)平面偏差和高程互差離散情況分別見圖5、圖6。

圖5 各檢查點(diǎn)平面距離偏差離散圖

 圖6 各檢查點(diǎn)高程互差離散圖

將無人機(jī)航拍DOM數(shù)據(jù)與5條剖面40個(gè)檢查點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，平面坐標(biāo)偏差均較小，平面位置誤差在0.001～0.029m之間，中誤差為0.019m，平面精度滿足1∶200比例尺的沙灘剖面地形測(cè)量精度的要求。無人機(jī)航拍DEM數(shù)據(jù)高程誤差在－0.697～0.086m之間，中誤差為0.313m，誤差落在±0.200m范圍內(nèi)的有20個(gè)，占比為50％；90％的對(duì)比點(diǎn)中，無人機(jī)航拍獲取的高程值大于人工測(cè)量高程，高程互差體現(xiàn)為負(fù)值。

三維激光掃描儀數(shù)據(jù)與5條剖面40個(gè)檢查點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果顯示，平面位置誤差在0.002～0.018m之間，中誤差為0.011m，均小于0.200m。高程誤差在－0.315～0.014m之間，中誤差為0.132m，高程誤差落在±0.200m范圍內(nèi)的有35個(gè)，占比為87.5％；67.5％的對(duì)比點(diǎn)中，掃描儀獲取的高程值大于人工測(cè)量高程，高程互差體現(xiàn)為負(fù)值。