测绘工程测量中无人机技术的运用解析

发表时间:2020/3/14   来源:《建筑实践》2019年38卷第21期   作者:王振
[导读] 随着我国社会经济与城市化建设进程的加快,目前地表的形态发生了很大的变化
       摘要:随着我国社会经济与城市化建设进程的加快,目前地表的形态发生了很大的变化,这些变化对国家的建设起到重要的影响。基于此,需要及时掌握与分析地表的地理空间数据信息,从而实现有效的测绘工作。在测绘工程的测量应用技术中,无人机逐渐被广泛使用,这一技术可以实现对地表物质与地貌空间的实际情况作出动态的实时监测,从而受到测绘工作人员的高度重视。这一技术主要是依靠飞行平台作为载体,通过机载遥感设备与对应的地面辅助工具完成测量工作。另外,在使用的过程中还要结合多种技术,例如无人驾驶飞行技术、摄影测量技术与遥测遥控技术等。无人机技术的使用可以大量减少工作人员的工作量,还可以提高测绘工作的工作效率与质量,确保测绘数据的真实、准确。传统的地形图测量主要用全站仪、GPS-RTK等常规测量仪器来完成,其具有劳动强度大、效率低下、作业时间长及成本高等的缺点。
        关键词:测绘工程;测量;无人机技术;运用?
        1测绘工程测量中使用无人机技术的优势
        无人机的优势:(1)机动性较强。(2)影像分辨率高。(3)具有较好的经济性,飞机购买价格低廉,使用费用也很低,且不需要载人升空,用户的安全压力大幅减小。(4)测量周期短。(5)操作简单方便。近年来,随着无人机航空摄影技术的迅速发展,无人机在我国的航测领域受到越来越多的欢迎,已广泛应用于应急测绘、国土资源、林业、农业等众多领域,在新能源领域应用也越来越广泛。
        2无人机影像数据处理关键技术
        (1)提高航向重叠度和旁向重叠度,无人机本身重量较轻,易受风向影响,导致飞行空中飞行姿态不稳定,航线不稳定,航线曲度大,相片旋偏角较大,影像重叠度极度不规则。(2)进行相机检校和标定,所搭载的相机为非专业量测相机,影像像幅较小,且镜头畸变较大。(3)人为增加地面相片控制点,普通无人机POS系统定位定姿精度较差,不能满足无人机测量的精度要求。(4)无人机基高比较小,无人机获取的影像航向和旁向重叠度大,摄影基线短,而摄影基线越短,所成的交会角就会小,极大程度地影响了测图的高程精度,如果仍然按传统方法用相邻影像构成立体相对,高程精度就很不准确。一般处理办法是通过隔片构成立体相对,通过增加基线长度和增大前方交会角的方式,提高DEM精度。(5)航摄相片偏角大,当无人机在空中进行飞行作业时,其本身质量小、受风等自然等因素影响较大,导致飞行空中飞行姿态不稳定,导致获取的影像存在较大的畸变差,并且相邻影像的亮度、对比度的差距也较大,减少了同名像点匹配的数量和精度。
        3无人机技术在测绘工程测量中的应用
        3.1确定测绘目标区域
        为了提高测绘信息的利用价值,在建无人机遥感测绘之前需要结合工程情况,确定一个大题的测绘区域,这样保证无人机始终在该区域之内获取数据和拍摄影像资料。在确定测绘区域时,可以借助于一些电子地图,尽可能的将电子地图的比例尺降低,这样可以提高边界精度。测绘区域好设置为圆形,可以避免出现测绘结果中出现“空白地带”。提前检查工程测绘区域内是否有高大障碍物影响无人机正常飞行,或是有其他干扰源会干扰信号稳定性。如果有需要及时处理,或是更改无人机航线。
        3.2选取地面控制点和创建飞行路线
        在工程测量时,像一些大型工程项目,勘测区域的面积往往在几十甚至几百公顷,面对较大的勘测面积,无人机航测还需要重点选取若干个地面控制点,其作用主要有三方面:其一是通过无人机的自动识别,抓取控制点的相关信息,更具代表性;其二是完成无人机相控工作;其三是通过地面控制点编号,掌握无人机航测顺序,减少重叠时间,提高数据的有用性和降低航测成本。在确定好地面控制点之后,可以将这些地面控制点串联起来,形成多条航测线路,指导无人机沿着既定的飞行路线自动完成航测与拍摄。这样既可以绕开一些建筑物、树木等障碍物,保证了无人机飞行的顺畅;还能够减少重复线路,提高航测效率,减少无效数据对存储空间的占用。
        3.3获取影像资料和测绘数据
        利用RS技术,可以将无人机航测所得的影像资料、数据信息,通过卫星同步的传输到地面控制站。由于无人机在航测过程中始终处于高速运动状态,如果直接利用无线技术完成对地数据传输,很有可能因为信号不稳定而干扰影像资料的分辨率。而无人机技术则解决了这一问题,可以利用空三技术,对无人机进行调整和控制,包括拍摄角度、飞行旋偏角等,从而获得质量较好的影像资料。另外,无人机获取的数据信息,会经过机载微型计算机完成初步处理,包括筛除一些模糊的、曝光的影像,或是严重失真的数据等,这样就降低了数据传输的总量,并且保证了传输数据的质量。
        4工程应用实例
        4.1测区概况
        本次试验工程为某光伏电厂50MWp地形图测绘工程,测区面积为2km2,平均海拔约1500m,高差不超过300m。
        4.2试验目的
        本次试验项目利用大疆无人机飞行,航高400m,飞行10个架次,测区照片共1200张,相片大小为7360×4912像素。无人机获取数据,布置少量的外业像控点,实现1∶2000比例尺航测立体成图,以及高精度DSM、DOM数据的快速获取。
        4.3数据获取
        天宝RNSS5000做好外业控制,GPS-RTK布设像控点,大疆无人机采集相片据数据。
        4.4成果精度评价
        成果精度评价如表1~表3所示。
    
        5结束语
        (1)根基实验结果验证,在地形高差变化不大的测区设置相对航高120m生成的数据稳定可靠,常规仪器实测数据相对比,可以满足1∶2000地形图测量的精度要求。(2)根基实验结果验证对于相同航高,采用12~68个相控点进行空三计算,高程精度变化不大,若采用6个或6个以下相控点进行空三计算,结果高程精度较差。基于此,本项目推荐使用12个相控点。(3)通过实验对控制点误差椭圆进行分析,发现控制点布设位置对精度的影响较大,因而在野外布设相控点时,应布设在地形特征点上,且在地形变化较大时进行加密布设。(4)绝大多数地物点都能在航摄相片中准确判读,但电杆和散坟无法再航摄影响中准确判读,因此建议电杆和散坟用常规全站仪或GPS-RTK进行野外实测。(5)在植物稀少的地方、地形特征变化趋势不明显的地方采用低空无人机摄影测量进行大比例尺测图工作,测绘成果可靠,能较大地节省时间,提高工作效率。(6)当采取适当的航摄高度和航向和旁向重叠度时,所获取的数字高程模型和航摄影像精度均能满足大比例尺测图的需要。
        参考文献:
        [1]毕凯,李英成,丁晓波,等.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].测绘通报,2015(3):27-31.
        [2]李少龙.无人机航摄测量技术在输电线路工程中的应用研究[D].西安:长安大学,2012.
        [3]朱兆先,倪磊.测绘与地理信息新技术在矿山测量中的应用浅谈[J].世界有色金属,2018,506(14):50-51.
       
       
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