无人机航测技术及其在地形测绘工作中的应用

发表时间:2020/7/3   来源:《基层建设》2020年第7期   作者:1张斌 2王政云 3黄吉川
[导读] 摘要:当前社会经济的不断发展,使得我国在地形测绘中无人机航测技术的应用也得到了进一步的发展。
        1身份证号码:5107241982****XXXX   2身份证号码:5103221981****XXXX 3身份证号码:5101051982****XXXX
        摘要:当前社会经济的不断发展,使得我国在地形测绘中无人机航测技术的应用也得到了进一步的发展。而无人机航测技术的机动性比较强、灵活性比较大、工作效率高和适用的范围比较广等特点,在一定程度上完善了该项测量技术的实际应用效果。基于此,文章就结合实际案例分析无人机航测技术及其在地形测绘工作中的应用。
        关键词:地形测绘;无人机航测;技术应用
        1无人机航测技术内涵
        该项技术是我国当前主要发展的新型地形测绘技术手段,其是以无人机来作为主要的飞行平台,并通过利用分辨率较高的数码相机等一些先进的设备来作传感器,借助3S测绘技术在整个测绘中对有关数据和信息进行收集和整理,从而对地形进行测绘,涉及到遥感测绘技术、地理信息测绘技术以及全球定位测绘技术三大系统的主要内容的地形图新型测绘技术方式。与以往地形测绘技术进行对比,无人机航测技术在整个应用过程中,不但具备较低的成本、灵活性较强、结构也很简单等优势,同时其测量的精准度也很高、工作效率也比较高,可以在一定的范围内满足我国当代地形测绘工作要求。
        2无人机应用特点
        2.1机身小巧,操作简单
        无人机不需要专业驾驶员进行相应操作,只需控制者随时注意查看影像,观测飞行状态。随着科学技术的提高,无人机操作技术也愈加简便。小型无人机的机身极小,缩小了它的体积,减少了机身质量,甚至有些尺寸只有手掌大小,可以在手中就实现飞机的起飞降落。相对于传统客机来说,无人机极大减少了降落起飞地点选择的麻烦。无人机机身质量优化,能够更好地适应风向变化,减小飞行时设备震动对于数据和图像采集所造成的误差。
        2.2技术要求低,精准度高
        无人机测量采集数据能力强且精准度较高,对操作人员的技术水平要求较低,能够节省大量的操作时间和数据分析时间。无人机所携带的高清摄影和专业测绘仪器,大幅度提升了影像质量,促进了测绘精准度的提高。它的智能、自动化很大程度上减少了工作人员的技术负担,提高了工作效率。尤其是无人机可使用其低空遥感模式来完成各种地理信息勘测,在进行高空作业时也可在超低空环境下执行相关操作,它既能获取高空信息数据,也可以采集低空精准数据,被广泛投入使用于应急救灾和资源勘测领域。
        3无人机航测进行地形测绘工作的主要控制要点
        3.1 控制无人机飞行姿态
        由于无人飞行器在飞行中的姿态对于其航摄效果影响较大,同时对于后期测图成图效果也有较大影响,因此在其飞行中应尽量做到如下控制工作:(1)在无人机飞行前要依照规范要求对航摄仪器进行科学安装及调试,并保证航摄仪器与机身之间连接稳定。(2)延航线起飞拍摄之前,需要捕捉好无人机飞行中立位,经过调试保证其航摄操作过程能够处于最佳状态及位置。(3)由于风向及降雨会对无人机拍摄造成影响,因此在航摄操作前要对恶劣天气进行规避,如果有微风则要对风向对于航线的影响有清晰的认识,通过经验及多次调试保证航测过程与航线设计相一致,无人机航测效果符合预期。
        3.2 优化无人机航线设计
        由于在无人机航测过程中对于航摄精度有较大影响的主要因素之一就是航线设计,无人机航线设计工作必须结合无人机运行特点及所需测量对象区域的地形及地貌特征进行全面分析,就作业精度与作业范围进行科学设置,而后才能进行航线设计规划。(1)针对航线覆盖需求进行分析,而后通过设计保证能够全部设计航测目标物,同时保证区域内地形高度差应保持在航高1/6以内。(2)针对航线进行设计时,要尽量保证航线没有落水点,并要对侧风飞行的影响有充分认识,避免其对航线飞行造成影响。(3)由于天气对于无人机航测过程中的飞行控制及精准度有一定的影响,因此在设计中要做好拍摄间距及航线间距的控制设置,保证航测精度。
        3.3 严格检校镜头
        无人机航摄过程中所获取的影像图通常会存在一定的畸变问题,特别是一些影响图的边远区域,变形会更加明显,所以在进行无人机航测过程中必须对数据进行检校,对其中的畸变部分进行全面参数矫正能够优化影像图的精准效果。由于无人机航摄仪器在运行使用中因为飞行而导致的震动等也会导致其发生参数变化,因此在飞行测量工作中要注意镜头问题,积极对各项参数进行检校与纠正。
        3.4 科学布设像控点
        无人机航测推进中由于通常所获取的影像资料规格较大并且其中会有部分影像重叠,因此其航线数量设置需求较高,并且最终获取的航测影像图片也相对较多,为了保证航测工作的精确性必须对其像控点进行科学布设。(1)就地形测绘目标区域的地形情况进行综合分析,而后探讨像控点的布设需求,要综合多种地物特征情况进行全面的像控点设置。(2)进行像控点设置工作时紧要保证影像六度重叠。
       
        图1 无人机航测技术流程图
        4实际案例应用
        某市为了满足当地的旅游规划、设计和管理的需求,需要对区域内面积约为31km2的重点村落进行地形图的绘制,从而为未来旅游发展的规划制定提供数据支持。由于所测量区域地形较为复杂,山脉丘陵地形较多,再加上该地区阴雨天气较多,如果采用传统的野外作业方案,不仅无法在预定的工期内完成地形测绘任务,而且安全系数较低。因此,本工程计划采用无人机航摄技术完成目标区域的地形测绘工作。
        4.1 作业流程
        本工程无人机航摄的作业流程如图1所示。
        4.2 航线规划和测区划分
        结合本区域内的地形地貌特点,在进行无人机航摄航线规划过程中,为了确保航摄的安全性,应尽量确保航线范围内没有障碍物。同时采用1∶10000的地形图对无人机的飞行高度进行精准的判断,确保其始终处于较高的安全飞行区域。除此以外,针对测区进行科学划分的过程中,通过对地形测绘精度需求差异情况的分析对测区进行精度差异划分,山头精度需求相对较低,而山谷较高,据此进行测区划分会更加科学,测区规划设计的过程中要做好山势分析,防止尤其由于混乱气流影响而导致无人机航摄的精准度以及飞行安全。
        4.3 像控布设
        本工程在进行像控点布设时,计划采用400m边长的正方形格网进行像控点的布设,每一个角点都作为像控点的图像信息采集区域。结合本工程的实际要求,在测区的外围,适当的选择一些凹凸处作为新增的像控点。
        4.4 空三解算
        本工程采用DPGrid对所采集到的影像进行空三加密和平差解算,从而有效的处理影像资料中存在的畸变大、偏角、滚角较大等问题。此外,该软件还可以快速的生成大量高精度和高强度的模型连接点,满足本工程大比例测图的需求。
        4.5 地形测绘结果
        在完成所有无人机航摄作业后,针对相关数据进行了精准度的检查,包括平面精度、高程精度等。通过各项质量特性的检查结果发现,本工程采用无人机航摄技术所获得的地形测绘数据均满足了相关规范和设计要求。
        结语
        在无人机航测过程中,最为关键的管控因素有设备与人,在实施航测之前要对飞行设备、控制设备及摄影设备进行全面检校,并做好摄影设备及定位仪器的稳定性控制,保证其航摄稳定性。而在航测工作中针对航线、镜头等参数进行有效调整,保证航测技术成果也是无人机航测工作中的重要措施,因此技术人员必须具有全面的无人机航测技术,并能够掌握一定的经验技巧,确保无人机航测的综合效果。
        参考文献
        [1]刘健,唐毅然,张新一.浅谈无人机航测技术在地形测绘中的应用[J].电脑知识与技术,2019,15(22):252-253.
        [2]崔妍妍.无人机航测技术在现代测绘中的应用[J].世界有色金属,2019(06):287+289.
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