勘察测绘航空摄影测量技术的应用研究

发表时间:2020/7/14   来源:《基层建设》2020年第8期   作者:祁瑞丰
[导读] 摘要:随着我国科技的进步,测绘行业开始大量使用高新技术,测绘精度和测绘效率都有了极大地提高。
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        摘要:随着我国科技的进步,测绘行业开始大量使用高新技术,测绘精度和测绘效率都有了极大地提高。尤其是无人机航拍技术的突飞猛进,解决了许多测绘难点,降低了测绘成本,提升了测绘精准度。
        关键词:航空摄影测量;优势;应用
        无人机技术的急速发展并趋于成熟,使得传统以飞机载人来进行航空摄影的模式成为历史,逐渐发展成为以无人机携带高清摄像机来进行测绘活动的全新模式,有效提升了测绘活动的安全系数和机动灵活性,有着十分广阔的发展前景。
        1.无人机测绘的优势
        1.1时效性强
        无人机测绘可以实现信息即时传递,使得地理信息时效性大幅增加,在具体测绘时,所有地理信息可以通过数字图像的三维转换,实时呈现出可视度极高的三维图像。
        1.2灵活性高
        利用无人机技术开展测绘活动时,由于无人机能够在垂直或倾斜等状态下进行航拍,只要根据所测区域地形特点来设置飞行路线,通过遥控装置就可以顺利完成测绘活动。
        1.3适应性好
        对于一些复杂地形或者自然环境恶劣区域进行测绘时,采用无人机技术能够大幅降低测绘工作危险性,在沙漠、高原、戈壁等无人区也能够起到很好的效果[1]。
        2.无人机航空摄影测量技术的应用
        2.1在矿山测绘方面
        以太行山谋处矿山测绘为例,采用最先进的复合翼无人机来开展航空摄影,提升了作业效率和安全系数。
        2.1.1制定航测方案。该项测量工作最终选择复合翼无人机来开展,此类无人机不需要加装复杂的转换装置,具备垂直起降与高速巡航能力,并且结构相对简单,性能较为可靠,同时兼具多旋翼飞行器的优势,无需跑道与起降空域,确保能够在复杂地形以及建筑物密集区开展作业,另外综合了多旋翼与固定翼飞行器的力学特征,对其本体进行改进,设计成一体化模式,采用复合材料来制造机体,确保了结构强度达标且降低了机体自重。最终选定CW-20大鹏无人机搭载尼康D810相机来进行航拍。具体实施过程中,先将拍摄好的相片进行整合,转换为立体模型,然后采取标识形式对其进行地物的判读与测绘,最终形成生产所需地理信息数据成果。
        2.1.2外业数据采集。一是控制点的布测。通过调查研究区域地形特征,按照成图精度要求,一共布设了9个像控点。采取定位精度达到厘米级别的RTK差分定位模式,坐标系统采取CGCS2000系统,中央子午线为115度30分,整体投影面呈椭球面,具体高程系统则采取国家高程基准〔1985〕。二是影像数据采集。提前勘察航线,进行智能规划,利用航测飞行软件来控制无人机飞行,通过远程计算机加以监测,详细记录无人机飞行状态和搭载相机曝光时的GPS数据;将采集好的信息导出到专用检测计算机中,完成整个矿区外业数据采集任务[2]。
        2.1.3内业数据处理。一是进行空三加密。将此次矿山航测外业控制点数据和POS数据利用后期处理软件来开展空三加密计算,最终得到加密点高程与平面位置。二是DEM和DOM制作。将空三加密计算结果进行进一步处理,对原始影像重新采样,得出该矿山的DEM数据;然后再利用数字技术对其进行微分纠正,形成信息更为丰富、可视度更高的数字正射影像图(DOM),实现地形图的修测与更新。三是图形输出。通过对DOM进行校正后生成完整底图,并将其导入相关软件开展进一步规范化内业处理,最终形成数字线画图。
        2.1.4精度检测。

通过外业校核点计算和空三加密点的平面误差与高程误差,对成图精度进行评判,选取20个校核点,计算其绝对误差,最终其Ms=0.498,Mh=0.397,均符合国家测量标准。
        2.2地形测绘实例
        该测绘区域地形类别是山地,平均海拔700m,最高处850m,最低处550m,总面积6.4k㎡,地形起伏较大,但总体视野开阔,较为适合航空摄影测绘。
        2.2.1航测方案。综合考虑该地区气候条件、地形面积以及空域情况,最终选择测量精度高和续航时间长的UX5-HP固定翼无人机作为航测载体,搭载镜焦35mm的数码相机(Canon)。该无人机的最大载重为2.9kg,可以持续测量40min。本次测绘共设计6条飞行航线,相对航高500m,总飞行时间约为2.5h,总共获得365张航摄图像。
        2.2.2布设网像控点。将整个测绘区域分为若干网格,平高控制点不少于2条平行航线,将高程点与平高点设于测绘区域凹角与凸角处,为确保测量精度,使用平面测量方法完成了高程控制点的测量。
        2.2.3空三测量。本次空三测量选用Pix4Dmapper航测数据处理系统,充分利用该系统自动化与全数字化优势来获取真实可靠的空三测量成果。
        2.2.4数据采集与外业调绘。选用MapMatrix系统来采集测绘数据,建立起立体模型,做好全要素采集,最终制作出DOM数字正射影像与DIG数字划线图。
        2.2.5成果质量验收。本次测量采取HBCORS网络RTK野外实测法,对于外业调绘图开展实地检测,最终选取53个具有明显特征的地物点,包含山顶、房角、交叉道路点、田坎交叉点等不同类型。最后对采集坐标与野外实测坐标进行对比分析,按照高程精度与平面精度要求来统计汇总,最终得出:田坎、房角、道路、山顶地物类的平面精度最大误差分别为0.297m、0.376m、0.398m和0.562m,高程精度最大误差分别为0.403m、0.572m、0.398m和0.699m,均符合国家相关精度要求。
        2.3海岛礁测绘实例分析
        根据岛礁形状和分布状态,进行分区设计,设立科学合理的航线和合适的影像分辨率,做好空三计算,选用POS系统协助,对于海岸线的识别及分类、航行位置的识别要强化空间分辨率。
        2.3.1制定航摄方案。选用宽幅航摄设备,确保同一像片能够容纳较多分散岛屿,以实现模型之间的无缝衔接;采取DGPS技术来精准获取三维坐标,利用IMU技术来获取航摄设备姿态变动参数,将二者联合运用,可以有效降低对于地物依赖程度,了解海岛礁的分布情况,并从其视角来选取空三加密。
        2.3.2空三测量。将DGPS/IUM系统与航摄设备相结合,利用GPS定位技术对航摄设备方位进行测量;运用DGPS/IUM技术来检测三维空间坐标,以此获取完整方位元素。采用多个参数形成系统误差模型,将其设为未知数,与其他未知参数相融合,全面清除掉系统误差。
        2.3.3成果检测。工作人员对其进行多次测量,外业图斑坐标与航测内业坐标误差均能够满足地物点的测量精度需求,通过航测技术获取的海岸线及重要地物目标信息与平时采用的测量模式所获取的信息一模一样。
        随着我国航空测绘技术的发展,航摄影像能够拥有很高的分辨率,强化了自主定位和定资水平,不再单纯依靠地面控制,降低作业人员劳动强度,提升了测绘工作效率,是一种有着广阔发展空间的技术手段,为各类地形航空摄影测绘奠定坚实基础。
        参考文献
        [1]周钰磊.航空摄影测量技术在工程测绘中的应用[J].科技风,2020(01): 87.
        [2]李想.无人机航空摄影测量技术在地形测绘中的应用探析[J].智能城市,2020,6(01):50-51.
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