无人机在城市规划测量中的运用分析

发表时间:2019/6/25   来源:《基层建设》2019年第7期   作者:荆常宽 布丰
[导读] 摘要:本文首先阐述了无人机应用于城市规划测量领域所具有的优势,并对其构成系统做了简要分析。
        山东省地质矿产勘查开发局第七地质大队  山东省  276000
        摘要:本文首先阐述了无人机应用于城市规划测量领域所具有的优势,并对其构成系统做了简要分析。现今还没有与无人机作业相关的规范,因此本文只能依据现有技术水平对城市规划领域中的技术指标对于无人机遥感平台有何种要求进行详细分析,并陈述将其与较为成熟的城市规划测量平台相比较而有的结论,仅供参考。
        关键词:无人机;城市规划;测量
        一、无人机的航带规划以及控制网的建立
        无人机在空中进行飞行的时间一般是在一个小时左右,因此特别是在较大面积航摄时,航带规划显得尤其重要。这种情况下可以在无人机起降的位置设计两个飞行架次,在测量区域内规划好适当的飞行航带。当一架无人机完成了坐标上的前一部分航带飞行后,返回进行补给;另一架再将剩下的飞行航带完成,这样就可以获得整个测量区域的影像数据。两个架次的飞行时间一般在1.5h内完成。
        当无人机在空中飞行时,需要在测量区内建立控制网。控制网建立时根据测量区域大小,布设适当密度的GPS控制点,点位分布均匀,根据实际需求采用适当的坐标系;在各控制点上获取准确的坐标位置,用于后期像控处理。
        在采用无人机航空摄影测量技术进行拍摄时,其拍摄出来的影像数据和测量精度都是必须具有可靠性,拍摄时一般采用野外布置像控点的方式。对于控制点的选择,必须是要使得影像清晰,能够比较容易判断的立体测量方位。且在进行布置外控点时,要注意均匀性,这样才能够保证拍摄到的影像各处畸变均较小且没有瑕疵。
        二、无人机飞行平台的技术指标
        (一)飞行平台的技术指标
        无人机中城市规划测量遥感平台的发展还处于初期阶段,还没有一个健全的作业规范制度。现阶段实行的航测规范,并不是完全根据无人机城市规划测量遥感平台进行制定的,而是根据大多数测绘单位中的仪器设备与技术条件而进行制定的。无人机是一种新型的对地观测平台,它能够观测地面上的一系列情况,而小型无人机是在低空范围内对地面情况进行观测的一种平台,它的航拍高度主要出于一千米以下的范围内,而一些大型无人机的航拍高度要高于小型无人机的航拍高度,无人机中的摄像引起采用的是分辨率极高的数码相机,这种数码相机是无人机中的成像设备,它与传统航空城市规划测量相比较而言,也非常大的不同。根据传统航测作业中制定的准则来看,主要有以下几点参考指标:(1)飞行的速度应当处于50km/h至100km/h范围内;(2)当无人机的发动机出现故障的时候,无人家应当可以进行安全的滑翔直至平稳降落;(3)无人机中的发动机应当设置在无人机前进方向的后端部分,防止湍流对发动机造成影响;(4)相邻城市规划测量工作站中,无人机飞行高度的变化不能高于5%;(5)相对地面中,无人机飞行高度的变化不能高于5%。
        (二)平台稳定度指标
        航摄影像质量的高低,直接影响着城市规划测量过程中摄影成图与繁简成图的精度与工效,所以,空中城市规划测量对于无人机飞行质量的标准与要求十分高。无人机在不断发展的过程中,自身的稳定性能已经得到了较大的提升,根据相关的调查研究显示,当侧风处于4级以下范围的时候,装载飞行控制系统的无人机在进行自主发行的过程中,一般情况下自身的横滚角与俯仰角都处于3°范围内;无人机传感器中的精确度是决定飞行平台稳定性的主要因素。
        (三)控制测量
        1、像控点精度要求
        像控点对最近基础控制点的平面位置中误差不大于0.2m,高程中误差不大于0.2m。
        2、像控点布点方案
        确定为双模型布点,全部布设为平高点。
        3、像控点测量
        在像控测量之前,首先对测区内收集到的已知控制点进行联测,检核控制点情况;为满足后续像控测量,联测已知点的同时加密了4个控制点。联测使用GPS静态相对定位方式施测,采用边连式的布网形式。全网共联测已有已知点10个,新设控制点4个;观测时具体技术参数依据规范。

通过计算,最弱点位误差为0.035m,最弱边相对误差为1/45537m,满足像控测量要求。本测区像控点使用GPS实时动态定位(RTK)的方法进行渊量。
        (四)空中三角测量
        1、空三加密经过像点连接、像控点量测、平差计算过程。
        1)量测外控点时,先量测测区四周的像控点6个以后进行平差,其它像控点就可以通过预测的功能来找到大概位置达到快速量测目的。外控点的量测由专业人员进行,并由另外一位专业人员检查。2)应用外业工序提供基础控制点参与计算,提升空三加密的整体精度;应用外业工序提供的实测高程点检测空三加密精度。3)量测完后进行最终的平差解算,首先将物方标准方差权放大,进行粗差的消除,然后逐步提高物方权重,确保粗差被全部`探测出,最后给合适的权值强制平差。
        DPGrid系统中的空三模块为全自动空三软件。系统根据建好的航线列表进行全测区自动匹配,接下来通过自动挑点程序将粗差大、多余的像点剔除。然后,进行连接点的交互编辑,根据刺好的控制点进行光束法平差解算,直到加密完成,输出空中结果。
        三、无人机测量数据的处理
        外业飞行的工作完成后进行影像的优化选择,结合GPS导航数据与快速排片的软件处理影像,对模糊不清的影像予以排除并确认是否有漏拍现象发生。为了消除相机透镜的畸变缺陷的影像,根据事先得出的检校参数预处理无人机取得的原始影像数据。此举是为了确保能自动提取连接点并保证对控制点量测的准确程度。进行平差后,所获得的数据即为测区影像的空间坐标与姿态信息。之后用摄影测量的专用软件进行立体测图,由此能得到所测地区的大比例尺地形图。之后进行自动的地形提取以得到DSM。最后利用GIS软件做出测绘地区的三维地表模型。
        另外,内业可利用专用的影像数据处理软件进行合成和重叠处理,同时也可将外业测量的控制点输入到系统对应像控点,生成DEM、DOM等,然后进行空三加密处理,最后生成带坐标信息的TIF图片,在影片信息上进行手工地物的勾绘,和外业调绘,同时利用DEM数据进行地貌处理。
        四、无人机测量用于大比例尺地形图中的操作
        无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用,主要包括野外像控点测设、数字测图、内业空三加密、获取测区影像数据等几个重要的步骤,其中内业空三加密,主要是对精确匹配之后确定在相对定向中使用的影像坐标文件、加密后的影像、记录影像大地坐标、相机文件、空三精度报告、空三平差的定向点影像坐标文件、DEM数据、照片外方位元素等相关数据进行输出,这些信息数据在经过空三加密处理之后形成的影像,能够将其直接导入SSK中,进行数字测图。
        五、无人机测量精度的控制
        1.采用无人机进行航空摄影,与传统的测绘航空摄影相同,在条件许可的情况下,尽可能选择晴朗、能见度高的天气进行航空摄影,这样能够获得色彩、地面信息丰富的影像,同时,能见度好的天气,地面雾霾影响较小,影像曝光时光线的折射、散射现象较少,可以大幅度提高成图的精度。
        2.无人机航空摄影获取的航空影像幅面较小,采用原有的空三软件进行平差解算,在多个测区处理过程中,均会发生不同程度的错误,加密测区的选构尤为重要,目前使用较多的PATB平差软件,对此类小幅面数码影像的剔错能力远远小于23*23幅面。
        3.无人机作为飞行平台,在执行航空测量任务时,容易受气流变化和风力的影响,可采用了二维姿态稳定平台,在小范围短时间内,受风力和风向的变化影响不大,容易通过姿态稳定平台的纠正获得理想的姿态角度。
        六、结语
        无人机遥感平台在城市规划测量中的应用有其自身非常多的优势,而且无人机遥感平台有着十分广阔的发展前景。就目前的硬件水平而言,无人机遥感平台能够有效的满足城市规划测量作业中规定的标准与要求,并且无人机遥感平台还有很大的发展空间。
        参考文献
        [1]刘金亨,吕郁青,张晓博等.无人机遥感在测绘测量中的应用[J]硅谷2015,1.
        [2]邹烈泳.论无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用[J]建筑工程技术与设计2014,33.
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