机载激光扫描技术可以获取空间三维信息与强度信息，在制作数字正射影像、数字高程模型等产品中应用广泛。目前，部分机载激光扫描系统较为成熟，英国IGI公司的某一机载激光扫描系统每秒可以向外发射超过24 000个点，获取地面的三维点坐标[1]。随着机载激光扫描技术软硬件设备不断发展，其技术不断成熟，已经在多行业与领域广泛应用。在国内，机载激光扫描技术主要被应用在中小比例尺地形图测绘中，鲜少被应用在大比例尺地形图测绘中[2]。本研究以城市区域1∶1 000地形图测绘为例，研究基于机载扫描技术的1∶1 000大比例尺地形图中建筑物地形测绘，为机载扫描技术在大比例尺地形图测绘中的应用提供参考。1机载激光扫描技术机载激光扫描技术将激光雷达（Lidar）、GNSS接收机、惯性测量系统（INS）、CCD相机以及控制系统等安装在飞行器上，飞行过程中，GNSS接收机接收卫星信号，激光雷达进行对地观测，通过反射回来的信息获取地面实体要素的三维坐标信息，对三维信息进行加工与处理。激光扫描技术通过主动式方法得到外界环境信息，不会受到光线、日照等环境的影响。机载激光扫描技术获取点云数据可以弥补航摄影像不足带来的影响。研究通过机载激光点云结合数字正射影像绘制大比例尺地形图，探索整个流程与技术路线，对该方法在城市大范围区域作业的可行性与成果精度进行评价。机载激光扫描技术如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.007.F001图1机载激光扫描技术2机载激光扫描数据采集与精度分析2.1机载激光扫描数据采集（1）多基站静态数据采集。机载激光扫描作业时，在地面基站上，基站GNSS接收机与机载移动站GNSS接收机同步接收卫星信号进行观测。（2）机载激光扫描数据采集。机载激光扫描前，需要初始化5 min，初始化完成后，直升机开始升空进行动态初始化。（3）数据拷贝与检查。将扫描数据与机载GNSS接收数据以及基站GNSS数据等拷贝至电脑中，检查数据的完整性与正确性。（4）机载激光扫描数据解算。利用采集的GNSS数据与基站数据进行飞行轨迹的解算，通过轨迹解算原始点云[3]。2.2机载激光扫描精度分析以多传感器组合为例，其偏航角标称精度约为0.017°，扫描角中误差约为0.004°；除了传感器定位以及扫描的精度，多传感器组合的集成误差也影响机载点云数据精度。在理想情况下，控制航高和传感器优化选型，机载扫描平面和高程精度优于5 cm。动态系统的噪声较大，运动中各传感器误差高于标称值，必须采用各类措施保障机载扫描点云精度。机载扫描的基站应使用SHCORS基站或联测其他GNSS基站，基站距离不宜超过5 km，最远不超过10 km。测试数据表明，机载激光雷达扫描的平面和高程精度可以满足一级精度的要求。3机载激光扫描数据解算3.1POS数据解算将常用的Inertial Explorer（简称IE）[4]处理软件用于机载激光扫描轨迹POS的解算中，机载POS数据轨迹解算主要包括5个部分。（1）新建工程。在IE软件中新建工程，工程名可以设置为扫描架次名，将机载激光扫描获取的IMU数据、GNSS数据导入工程。（2）原始数据转换。将GNSS格式数据进行转换，生成解算软件所属数据格式。（3）差分计算。在IE软件中添加基准站坐标数据，通过基准站GNSS数据、移动站GNSS数据以及基准站坐标数据对移动站GNSS数据进行差分计算。（4）GNSS/INS组合解算。利用差分解算的GNSS数据以及惯导IMU数据解算机载激光扫描POS轨迹数据，生成机载轨迹数据。（5）轨迹输出。机载激光扫描轨迹解算完成后，输出轨迹数据。3.2点云数据解算（1）数据检查与准备。检查解算的机载轨迹数据、原始点云数据。（2）添加数据。在点云数据解算软件中新建工程，将原始点云数据、高精度机载轨迹数据加载至新建项目。（3）计算数据。结合原始点云数据与机载轨迹数据解算得到三维点云数据，点云数据平面坐标为高斯投影，高程坐标为大地高。（4）点云着色。将采集影像数据与点云数据配准完成点云数据着色，得到采集点云数据。解算并上色后得到机载点云数据，解算后的点云密度约为750 pt/m²。解算后的机载点云数据如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.007.F002图2解算后的机载点云数据4大比例尺建筑物地形制作采用先内后外的作业模式进行机载激光扫描的大比例尺建筑物地形制作，利用机载点云数据进行内业要素提取，综合测图成果进行调绘、数据编辑；在点云缺漏与被遮挡区域，通过外业数据采集与内业编辑的方式进行补测[5]。4.1矢量数据采集矢量数据采集时，将84坐标系点云转换为本地坐标系点云。通过剖面不断地调整高程，确定建构筑物的有效长边，以长边为基准获取短边。根据机载点云提取建、构筑物信息如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.007.F003图3根据机载点云提取建、构筑物信息（a）提取前 （b）提取后4.2综合补测与调绘基于机载点云数据的内业建筑物矢量数据提取完成后，对点云与影像中无法判别的建筑物进行外业补测与调绘[6]。进行实地补测与调绘前，需要指定严格的计划，根据测区情况安排调绘人员。为了减少补测、调绘工作量，补测、调绘前，应仔细检查基于点云数据提取的建筑物矢量，对数据的完整性以及表达合理性进行检查；补测、调绘过程中，应根据测区范围，实现“走到”“看到”与“做到”，尽量补测、调绘至图幅范围外区域，保证补测、调绘的完整性。使用合适、规范的符号进行图上标记，便于内业数据编辑人员判断。4.3内业数据编辑完成外业补测、调绘后，将内业提取数据与外业补测、调绘数据进行整合与编辑，生成建筑物地形成果。数据编辑时，应采用层次分明、主次有别的原则[7]。数据编辑主要包括两个部分，属性添加中，建筑物属性信息主要通过现场调绘与资料收集获取；图形整饰中，对建筑物地形按照实际地物特征进行修饰，对不符合地形规范的内业提取建筑物地形特征进行修改。经过外业调绘与内业数据编辑完成大比例尺地形图测绘，其中建筑物地形使用机载点云数据采集。编辑完成的地形如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.007.F004图4编辑完成的地形5地形图精度分析与评价对测区内制作完成的60幅1∶1 000大比例尺地形图进行精度检查，地形图精度检查主要分为6个批次。通过传统高精度测绘手段进行检查点的采集，CORS观测得到测区图根点坐标、全站仪采集建筑物角点等特征点坐标。将外业采集检验点坐标与图上同名点坐标进行比对，得到地形图平面精度统计。地形图的精度统计如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.01.007.T001表1地形图的精度统计批次图幅数/幅平面检测高程检测个数/个中误差/m个数/个中误差/m172100.272100.16292700.202700.143103000.263000.154103000.313000.185113300.273300.186133900.223900.17按照《城市测量规范》[8]要求，在平地、丘陵区域，1∶1 000地形图规定平面中误差不超过0.5 m，高程中误差不超过0.2 m；在山地区域，平面中误差不超过0.75 m，高程中误差不超过0.7 m。本研究利用CORS结合全站仪进行外业实测，对图上特征点进行精度检测，分5个批次对60幅图进行抽样检查，共检测1 800个平面点和1 800个高程点。结果表明，平面误差为0.26 m，高程误差为0.16 m，测区位于平地、丘陵区，满足平面中误差不超过0.5 m、高程中误差不超过0.2 m的精度要求。利用机载激光扫描技术进行城市大比例尺地形测绘时，成品图的数学精度可以达到相关规范的精度要求。6结语城市区域的大比例尺测图过程中，建筑物较密集，使用传统的建筑物地形制作存在通视条件不佳、外业工作量大、人力成本巨大的缺陷。随着测绘新技术的发展以及地形测绘要求的不断变化，传统的大比例尺地形测绘手段已经无法满足目前地形生产要求。加载激光扫描技术可以在短时间内快速采集大量空间三维数据，且不受信号遮挡，采集数据精度较高，将机载激光扫描技术应用于城市地形测绘的可行性较高。本研究以机载点云为源数据进行城市大比例尺地形图建筑物地形测绘，通过外业检验点验证精度，确定利用机载点云数据进行建筑物测绘具有可行性。