无人机遥感技术论文范文

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Abstract: Combined with the actual, this paper introduces the concept of the UAV system fast mapping, and analyzes the specific operating processes and advantages and disadvantages, for your reference.

Key words: UAV system; fast mapping; analysis

中图分类号:TP79文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

近年来,随着经济建设的快速发展,地表形态发生着剧烈变化,迫切需要实现地理空间数据的快速获取与实时更新。航空摄影是快速获取地理信息的重要技术手段,是测制和更新国家地形图以及地理信息数据库的重要资料源,在空间信息的获取与更新中起着不可替代的作用。应实时化测绘的需求,无人机航摄近年来发展迅猛,随着无人机与数码相机技术的出现与发展,基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势,在应急数据获取与小区域低空测绘方面有着广阔的应用前景。无人飞行器与航空摄影测量相结合,成为航空对地观测的新遥感平台被引入测绘行业,加上数码相机的引入,就使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向。“无人机数字低空遥感”有低成本、快捷、灵活机动等显著特点,可成为卫星遥感和有人机遥感的有效补充手段。本文主要论述了无人机数字航摄系统的性能与特点以及利用其实施的低空摄影测量试验,通过试验论证了该系统的可行性与优势。

1、“无人机低空遥感”系统简介及发展状况

无人飞行器遥感技术有其他遥感技术不可替代的优点,可成为卫星遥感和有人机遥感的有效补充手段,该技术主要涉及飞机平台、测控及信息传输、传感器、遥感空基交互控制、地面实验/处理/加工、以及综合保障等相关技术领域。我国无人飞行器航空遥感技术的进步不仅表现在无人飞行器的研制,还表现在正好适用于航空遥感的飞行控制系统、遥感通讯系统的研制,更表现为轻小型化传感器及其数据处理系统相匹配的航空遥感系统集成,最终形成可执行航空遥感任务的业务系统。

目前,我国已有多家科研机构和公司研制出轻小型无人机遥感系统(固定翼无人机和无人直升机低空遥感系统)。目前比较适用的低空遥感无人机,一般任务载重10kg～20kg,安装1～4个面阵数码相机,适宜获取0.05m～0.50m分辨率的光学彩色影像。机上安装GPS和轻小型稳定平台,因此可以支持全自动空中三角测量,实现稀少地面控制点的高精度测量。

“无人机低空遥感”系统组成

本文论述的无人机数字航摄系统是自主产权的“华鹰”无人机数字航摄系统,该系统是是基于固定翼飞行平台的现代化城镇空间数据采集系统,系统见图1所示。该系统采用具备姿态、速度和高度精确控制与数据记录，以GPS导航为基础的自动驾驶仪，搭配千万像素级135型全画幅单反数码相机和姿态稳定云台，可快速获取1:2000大比例尺真彩色航空影像。

该系统的无人机重20kg,长2.1m,翼展2.6m,它采用一台空活塞发动机推进,巡航速度110km/h,升限达到海拔3500m,续航时间3小时。该系统采用了先进的GPS导航自主飞行,航线全自动规划,飞行航迹、高度和姿态高精度自动控制等一系列先进技术,具备了良好的飞行性能,只需要一条100m长的跑道,周围没有突出的障碍物,无人机就可以自主起降,如果采用遥控起降方式,则只需要二三十米长的跑道。起飞后,盘旋一圈,检验飞行状态,就可以按照预先设定的航线,自动飞往预定目标执行任务。它主要包括：

2.1空中部分:云台(含稳定平台)、数码相机、执行部分、自动控制设备、差分GPS、摄像机、通讯设备。

2.2地面部分:地面GPS、手控设备、编码器、计算机、通讯设备。

该系统通过无线链路方式连接连接地面与空中设备。

图1

“无人机低空遥感”系统控制指标

通过各项技术控制,该系统的航摄质量所达到的如下:

3.1 航向重叠度:55%～80%可调,最大可设置为80%,重叠度平均差:≤±4%

3.2 旁向重叠度:25%～50%可调,最大可设置为90%,重叠度平均差:≤±4%

3.3 横滚、俯仰角:≤1.5°;旋偏角:≤3°

3.4 航摄高度稳定能力:≤±5m;

3.5航线偏差:≤±3m;

3.6 1km航线弯曲度:≤0.5%

无人机航摄系统技术流程

数字航摄作业与传统胶片航摄相比,影像无需冲洗和扫描,作业步骤减少了许多,这样可以大大缩短测绘产品生产周期,采用本文论文的无人机数字航摄系统进行作业的具体数字航测作业流程见图2所示。

图2

4.1资料收集及技术设计

首先，应充分收集测区现有资料，主要包括：1:10000地形图、高等级控制点情况、测区地形、相对高度、植被分布、天气状况情况。

4.2 航线及测区划分

根据本测区地形及成图比例尺等因素情况确定本次飞行的航高，确保无人机在安全的高度上飞行。考虑成图精度等因素，如果测区的相对高差较大，还需根据海拔高度分片区进行。考虑地形分布情况，确定航摄时的具体飞行路线。

4.3外业航空摄影

掌握天气动态，选择最有利的外部条件，尽量减少外部覆盖物（积雪、植被）对摄影与测图的不良影响。航摄方向一般均为东西方向，可减弱日照方面的影响。选择航摄时间既要考虑充足的光照度，又要避免过大的阴影。

4.4像控布设及像控点联测

一般采用区域法布设像控点，布设方式成格网状，格网点附近即是像控点的采集区域。在测区及地形变换处应布设平高点。

4.5内业空三加密

无人机所获取的航片有“像幅小，影像畸变大，旋偏角和翻滚角大”等特点，内业计算量非常大。该系统采用的空三加密模块和平差模块可快速并行处理海量数据，能够快速高效地生成大量高精度、高强度的模型连接点，获得高精度的空三加密结果，满足成图要求。

4.6 立体测图

采用现代数字摄影测量软件可自动进行以下工作，如：内业立体判测、模型连接等工作。并具备自动、最优地切换立体模型，无需生成核线影像。极大地减轻了测绘人员工作劳动强度，非常适合无人机航摄成图。

另一方面，由于无人机有其独有的特点，如：像元分辨率低（只有DMC的一半左右），内业判读困难，因此，在实际生产作业中我们应该适当增加大人工干预的力度。尤其要注意对于难于判断其是的点状地物。如：电杆、水塔或烟囱等的判读。

4.7 外业补测及调绘

如果在航摄过程中存在植被遮盖及阴影无法进行立体测图则可采用常规测量方式进行外业调绘及补测。

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1 引言

土地综合整治是国土资源工作的重要组成部分，是确保我国粮食安全、提高粮食综合生产能力的有力支撑，是一项涉及面广、实施时间长、管理程序复杂的系统工程，对保证国民经济和社会可持续发展，实现耕地总量动态平衡，加速农业、农村现代化有着不可替代的作用。现阶段，我国土地综合整治事业正处于管理模式调整和管理水平提高的关键时期。如何建立一套科学的监管体系，确保土地综合整治专项资金发挥预期绩效，全面完成国家补充耕地计划和项目建设任务，让项目长期发挥效益，促进社会经济可持续发展，已成为我国当前土地开发整理工作的一项首要任务。

2 无人机航摄系统简介

2.1 无人机航摄系统组成

无人机航摄系统主要由飞行控制系统、地面站系统、航拍摄像系统和影像处理软件四部分组成。

2.2 无人机航摄系统的特点

（1）低空飞行，空域申请便利。飞行系统升空准备时间短，操作简单，运输便利。

（2）系统可快速获取超高分辨率数字影像和定位数据，可针对特殊监测目标搭载全色波段、单波段、多波段等传感器，并可进行多角度摄影。

（3）系统为多种小型遥感传感器提供了良好的搭载平台，如探地雷达、热成像仪、气象传感器、合成孔径雷达等，易于拓展监测功能，以满足多种快速监测所需。

（4）系统的置建费用较低，运营成本、维护成本和操作手的成本远远低于载人机系统。

3 试验方案

3.1 试验区概况

本文选择宁乡县大成桥乡土地整理项目作为试验。该项目位于宁乡县大成桥乡东北角区域，属丘陵地区。土地综合整治面积4km?，分割成四小块，如图1所示。

3.2 试验目的

采取航空摄影方式获取不同时间阶段的地面影像资料和数字线划图，通过数据变化分析对比对土地整治项目全过程实施动态监控。

3.3 试验方案流程

本次实验方案主要分为“事前、事中和事后”三个阶段，使其达到“事前预控、事中监控和事后验控”的效果。试验方案流程如图3所示。

由于实验区域范围不发生变化，因此在进行航线设计时只做一套方案，采取对项目区进行3次航飞，分别为规划设计前航飞一次、施工过程中航飞一次、竣工后航飞一次。如图2所示：

4 动态监测

4.1 事前预控

主要是获取项目区内DOM、DLG产品，向设计部分提供设计依据。DLG数据叠加DOM数据可为设计人员提供更为直观的设计效果，更能合理地进行道路、水渠及其附属工程的设计，而DEM成果可作为土方量计算的依据。

在方便设计部分的同时也为土地监管部门留下了历史依据，为项目实施过程中是否存在夸大土方量，田间道路重复建设，桥梁维修虚报为桥梁新建，虚列拆迁补偿费、青苗补偿费及其他变更工程，整理田块面积错报，整理田块数量漏报，整理结果、质量瞒报等现象起到了防微杜渐、提前预防的效果。

4.2 事中监控

在项目施工过程中，工程量大，土地监管人员无法直观地了解到项目区的施工情况。而事中阶段能根据土地监管部门的需要，采用无人机定期对项目区进行航飞，可飞一次或者多次，主要是获取生产项目区的DOM数据，能直观地反映出项目区施工进度及施工质量，并能及时发现施工单位是否按照设计图纸进行施工，是否存在工程质量问题。对存在质量问题的工程起到了实时监控的作用。如图4所示：左边影像为项目施工前，右边影像为项目施工中。

4.3 事后验控

项目验收是项目完成的最后一个关键环节。事后阶段无人机航飞主要是为生产项目区的竣工验收图纸、竣工后DOM和DEM 数据。通过竣工后影像与施工前影像获取对比，可直观地检查出其工程是否按照设计图纸进行施工，是否存在偷工减料、瞒报工程量等现象。如图5所示。

5 结语与展望

在大力发展RS技术运用于土地整理动态监测的时代，无人机航摄技术的产生无疑又是一个新的转折点。相对于传统的RS技术，其高效、快捷、成本低的特性，促使土地监管部门加强了土地监管力度。无人机航摄技术能够全面提高规划设计和预算编制的科学性，为土地监管打下了坚实的基础，在今后的土地整理动态监测项目中对提高土地整理项目竣工验收质量和进一步规范土地整理权属管理工作等方面具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 金伟，葛宏立，杜华强，徐小军. 无人机遥感发展与应用概况[J]. 遥感信息，2009（01）

[2] 陈亚岭，付治河，张景湘. 3S技术在土地动态监测中的应用[J]. 光盘技术，2007（05）

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[4] 于洪苹，程朋根，夏友青. 土地动态监测中3S技术的应用[J]. 安徽农业科学，2011（03）

[5] 廖克，成夕芳，吴健生，陈文惠. 高分辨率卫星遥感影像在土地利用变化动态监测中的应用[J]. 测绘科学，2006（06）

[6] 楼立明，刘卫东，冯秀丽. 基于高分辨率遥感影像的土地利用变化监测[J]. 遥感技术与应用，2004（01）

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1 逐步迈向工业技术高端化

 

就美国来说，其通用航空业市场从飞机出现一直到1979年都处于高速上升的趋势，1979年之后美国通用航空市场逐渐饱和，交易量呈平缓下降的态势。但是，众所周知，美国是世界上最发达的国家，与美国航空陷入瓶颈状态构成非常鲜明的对比的情况是：世界通用航空市场在1979年之后依然处于强势增长的态势。2008年世界通用航空业市场交易额达到了顶峰，约为250亿美元，之后几年的交易量有所回落。2012年世界通用航空市场交易额为182亿美元，2013年世界通用航空市场交易额为230亿美元。从交易金额看，2013年通用航空市场的交易额与2012年相比，同比增长25%，增长幅度非常大;但从飞机购买数量来看，2013年仅比2012年的购买量增长了4%，从这些数据对比可以看出，全球通用航空市场正呈现出越来越高端化的趋势。从飞机的发展历史上可以看出，当喷气式技术应用在通用航空市场后，随着其应用的逐渐成熟，应用活塞技术与窝桨技术的飞机在市场中的交易量逐年下降，目前更是已经到了被历史淘汰的边缘。社会技术是不断发展和变迁的，近几年随着高端窝扇技术的发展成熟，其在飞机发动机系统的运用效果已经初步显现。

 

随着全球经济一体化步伐的加速，社会财富必然会进行重新分配，更多的财富将会集中到大型企业家以及超级精英阶层中。在这种历史的趋势下，世界通用航空市场为了满足超级精英阶层管理全球企业的需要，大型私人高端商务机的交易额必然会呈现出一种爆炸增长的态势。

 

2 直升机需求将会高速增长

 

直升机与传统的双翼飞机相比，虽然功率比较小，无法实现货物运输，并且只能进行中短途的飞行，但是它拥有双翼飞机无法竞争的优势：垂直起降，无需跑道，降低了飞机起降时场地的要求。随着现代城市化步伐的逐渐加快以及人们对生活质量要求的提升，直升机的优点越来越被人们所重视。比如，现代物流业迅猛增长，方便快捷是现代物流业的最终目标，航空运输无疑是实现其快捷运输的最佳途径。对于重量轻但又比较贵重的物品，运用直升机直接实现点到点的运送，能够有效的提升运送效率。

 

据相关机构统计数据表明：2013年美国国内飞行的直升机数量已经1万，交易量同比增长22%，而2013年双翼飞机的交易量增长仅为2%。

 

3 无人机将成为市场新贵

 

常规飞行器的飞行必须要用到专业的飞行员，所以在飞行器的设计和制造上必须考虑到人的气压承受能力、温度承受能力等，必须构建完整的适合人生存的飞行操作环境，而且必须要加装人机交流操作界面。但随着现代互联网技术、通讯技术、遥感技术等先进研究成果在航空领域的应用，无人机成功被研究出来，并且从出世开始就受到各行各业人们的重点关注。无人机因为不需要驾驶员在其中进行飞行操控，所以再制造时完全不用考虑人的因素，大大提升了其在飞行过程整体承受能力，而且飞行员无需进入其中操控无形中减轻了其飞行负荷，有效降低了飞行成本。现在，随着无人机研发技术、控制水平的逐渐提升，以及全球航空领域的飞行准则的成熟直至新规定的出台，无人机必然会对传统的航空业造成巨大的冲击。比如，在农业的播种与喷药作业、森林的防火防护作业、物流运输行业以及遥感测绘领域等都对无人机的应用充满了期待，它的运用能够有效降低生产作业成本并且能够有效保护相关工作人员的生命财产安全。

 

在美国，无人机的应用已经进入了大范围测试阶段，国际无人机协会预计无人机技术一旦成熟后，就将会非常迅速的被人们应用到各个领域中。并且无人机的正常运营将会为美国带来800亿美元的收入以及非常多的工作岗位。

 

在我国，通用航空制造业虽然发展速度已经非常迅速，但由于研究起步较晚，投入经费不足等原因，我国航空制造业的水平还远远无法与欧美等发达国家相比。但是，可喜的是，在无人机研发和制造领域，我国已经走在了世界前列。相关调查结果显示，我国小型无人机的制造量和交易额几乎占到了世界总交易额的二分之一。由我国航模爱好者创立的大疆创新公司研发的无人机已经远销至欧美等发达国家，这给我国无人机研究人员增添了无穷的信心。

 

4 通用航空技术及装备升级的压力

 

随着通用航空业飞行器的逐渐增多，不同技术以及不同装备给空域管制和飞行指挥带来很大的难题。虽然，为了有效进行航空领域的管控，在很早之前国际上就将航空领域分成了两类：航空运输与通用航空。但是随着时代的发展和社会技术的变迁，新的技术的应用与升级对通用航空业的设备有了更高的标准。特别是对需要空域管制的机场，技术装备改造的压力非常大。

 

虽然美国研制出了新的航空系统，但是高额的成本是航空领域难以承受的负担，新的航空系统的实施步履维艰。新技术在单一的飞行器上应用的成功并不能证明其符合了在整个航空领域推行的条件，因为，单对单的成功并不能证明其适用于其他的飞行条件。在全球通用航空领域，新技术应用的效益并不由自身决定，而是通常由航空领域其他飞行器的整体技术水平决定的。盲目的应用新技术对飞机进行改造升级只会进一步拉大通用航空飞机与其他飞行器的技术装备差距，增加了空域管制的难度，降低。机场的运行效率。所以，在当前条件下，我国要从全局出发，制定出相应的航空领域技术装备的升级改造计划和方案，以免重蹈美国覆辙。

 

5 环境保护的压力

 

在人类对环境保护日益重视的今天，通用航空领域的环境保护也是在其技术改造中不得不考虑的一个问题。相关调查报告显示：全球飞行器排放的铅能够占到总排放量的40%，对空气造成了严重的污染，所以含铅航空汽油面临着淘汰的命运。

 

与陆地上的交通工具一样，飞机在飞行过程也会排放出大量的二氧化碳，一氧化碳，未燃烃和颗粒物.氮氧化物等。高速飞行的喷气式飞机后面产生的“白烟”，是由空气中的水汽和尾气中的微粒在冷空气中凝结成的冰晶构成的。相关研究证明，凝结尾迹会形成卷云(一种高空云)。这种云会阻碍地球表面热辐射的散发，已经逐渐成为加剧全球气候变暖的罪魁祸首。而与陆地交通工具不同的是，飞机再飞行时会产生非常强烈的噪音污染。现在，机场的建立往往是一个新的商业中心建立的雏形，在商业中心形成之后，对机场对机飞行噪音的控制能力提出了更高的要求。

 

另外，飞机一旦出现飞行事故就会对大气造成严重的污染。飞机中的燃料泄露之后，会挥发出大量的碳氢化合物，形成有毒烟。还有，现代通用航空飞行中的餐具基本都是一次性的产品，每一次的飞行都会产生大量的固态垃圾，浪费资源而且污染环境。

 

6 结语

 

随着社会的发展以及人们对生活质量要求的提高，通用航空领域必然会迎来大的发展，但是如何使新技术的应用与航空业的发展步调一致，是人们需要重点考虑的。只有这样，社会技术变迁才能给通用航空业的发展带来全新的机遇，使航空业更好的为人类服务。

 

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    2.测绘工程的质量管理与系统控制探讨      

    3.测绘工程本科专业创新人才培养方案解析    

    4.测绘工程本科专业实践教学体系的构建    

    5.专业认证背景下的测绘工程专业课程体系优化    

    6.SL机场测绘工程项目的进度与质量管理研究      

    7.测绘工程专业和测绘学    

    8.东莞市某公路测绘工程质量管理控制       

    9.测绘工程专业“四维渗透式”实践教学改革研究    

    10.基于测绘工程专业规范的应用型创新人才培养模式构建    

    11.注册测绘师制度下测绘工程专业教学改革研究的探讨      

    12.测绘工程全英语教学模式的建立与实施策略    

    13.测绘工程专业卓越工程师教育培养模式的研究    

    14.创新型测绘工程复合型人才培养机制的研究    

    15.基于“卓越计划”的测绘工程专业GIS教学体系研究与实践    

    16.谈测绘工程中测绘技术的应用及流程     

    17.谈测绘工程常见问题及解决措施    

    18.测绘工程专业校企合作工程实践教育中心建设     

    19.测绘工程专业摄影测量学实验教学改革探索    

    20.测绘工程中GPS RTK技术的应用实例    

    21.测绘工程专业认证标准的实践教学探索 优先出版    

    22.测绘工程在机场建设中的应用        

    23.论工程测绘中GPS测量技术应用及特点 优先出版    

    24.GPS技术在水利水电工程测绘中的应用    

    25.基于《测绘工程》期刊的测绘技术动态可视化分析    

    26.小议测绘工程专业高端仪器设备的使用和管理    

    27.地面三维激光扫描技术在工程测绘中的应用     

    28.测绘工程殊地形的测绘技术运用    

    29.对地形测绘工程中质量控制的探讨     

    30.关于工程测绘质量控制措施的探讨    

    31.探讨测绘工程的质量管理及其系统控制措施    

    32.天津市水运工程测绘技术重点实验室    

    33.浅析RTK系统在城市测绘工程中的应用    

    34.GPS测绘技术在工程测绘中的应用探析     

    35.GPS测绘技术在工程测绘中的应用分析     

    36.GIS在工程测绘中的运用探究    

    37.独立学院测绘工程专业应用型人才培养模式的探索与实践    

    38.GPS高程测量及在水利测绘工程中的应用    

    39.谈测绘工程专业学生测量数据处理能力的培养    

    40.浅谈测绘工程技术发展与应用     

    41.工程测绘中GPS技术的应用与研究     

    42.测绘工程专业生产实习的改革与实践研究    

    43.测绘工程专业毕业要求达成度定量评价体系的研究与实践    

    44.国家测绘工程技术研究中心     

    45.测绘工程殊地形的测绘方法分析    

    46.浅谈测绘工程技术在地籍测量中的实践应用    

    47.无人机遥感技术在测绘工程中的应用浅析      

    48.分析GPS技术在工程测绘中的具体应用    

    49.工程测绘对于建筑工程施工质量控制的意义    

    50.浅谈测绘工程常见问题的解决对策    

    51.测绘工程专业道路勘测设计课程教学改革研究与实践    

    52.关于工程测绘质量控制实施的探讨    

    53.测绘工程中的风险管理分析    

    54.测绘工程专业的计算机实践能力培养模式探索    

    55.新形势下测绘工程专业英语教学改革 优先出版      

    56.基于测绘新技术在地质测绘工程中的运用分析 优先出版    

    57.测绘新技术在地质测绘工程中的运用    

    58.专业认证背景下的测绘工程专业培养模式改革与实践    

    59.浅析GIS在工程测绘中的运用     

    60.关于RTK作业系统及其在城市测绘工程中的应用研究    

    61.初探测绘工程质量管理的必要性及措施    

    62.浅谈测绘新技术在国土测绘工程中的运用    

    63.专业认证下测绘工程专业课程改革    

    64.工程测绘中断面数据的处理分析    

    65.测绘工程监理方法探讨     

    66.测绘工程专业本科教育的对比分析     

    67.水电工程测绘中无人机低空摄影测量技术应用    

    68.浅析无人机遥感测绘技术在工程测绘中的应用      

    69.工程测绘中激光雷达测绘技术的应用探讨 优先出版    

    70.工程测绘对于建筑工程施工质量的意义 优先出版    

    71.测绘工程技术精度控制策略探究    

    72.基于分类培养的建筑课程差异化教学的实践研究——以工程测绘技术教学为例        

    73.浅析测绘工程常见问题及解决措施     

    74.二级学院工程文化建设的研究与实践——以黑龙江工程学院测绘工程学院为例       

    75.提高测绘工程专业人才培养质量改进实践教学    

    76.现代测绘工程专业英语的教学分析与目标定位     

    77.地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用研究    

    78.论CORS系统在城市工程测绘中的应用     

    79.测绘工程质量控制技术措施分析探讨    

    80.专业认证背景下测绘工程专业课程体系的调整策略    

    81.当代测绘新仪器、新技术在测绘工程中的应用    

    82.GPS定位技术在工程测绘中的应用探讨     

    83.探讨测绘工程中的问题及措施     

    84.测绘工程专业实践教学基地的建设与探讨    

    85.试论当代测绘新技术在测绘工程中的应用    

    86.论信息化测绘时代工程测绘的发展    

    87.浅析工程测绘中信息技术的重要性    

    88.简述GPS测量技术在工程测绘中的应用    

    89.《测绘工程》网上投稿系统正式开通试用    

    90.《测绘工程》2015年第24卷(总第128-139期卷终)总目次     

    91.测绘工程专业硕士卓越工程师相关培养环节现状分析    

    92.矿山工程测绘中GPS测绘技术的应用探析 优先出版    

    93.建筑工程测绘技术存在的问题及解决措施研究    

    94.地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用    

    95.高职建筑施工与测绘工程技术专业数学教学改革实践    

    96.关于测绘工程殊地形的测绘技术方案的研究    

    97.工程测绘中GPS测绘技术的应用探析