无人机在地形测绘工程中的应用

发表时间:2019/12/16   来源:《防护工程》2019年16期   作者:舒嵘
[导读] 随着我国城市化建设进度加快,测绘技术得到长远发展。地形测绘中利用无人机改善传统测量技术的不足,提升测量质量与效率。通过分析无人机测绘优势,分析地形测绘中无人机技术的具体应用。

舒  嵘
        益阳市国土资源规划设计测绘院  湖南省益阳市  413000
        摘要:随着我国城市化建设进度加快,测绘技术得到长远发展。地形测绘中利用无人机改善传统测量技术的不足,提升测量质量与效率。通过分析无人机测绘优势,分析地形测绘中无人机技术的具体应用。
        关键词:地形测绘;无人机;技术应用
       
       
        随着时代的发展,测绘技术在各个领域中都发挥着非常重要的作用。在进行地形图测量和绘制过程中,对该地域内地表情况和地形水平投影高程进行测量并在绘制过程中标注就是地形测量工程的主要工作。本文就此展开论述。
        一、无人机地形测绘技术的优势
        (一)无人机类型
        1、多旋翼无人飞行器
        该类无人机在应用过程中,也被人们称之为多旋翼直升机,确保多种螺旋桨的平均分布,将机身平衡性特点呈现出来。现阶段,多旋翼主要包括的类型有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。站在功能角度来说,目前的多旋翼无人飞行器能够发挥出悬停功能,更好地实现图片拍摄。
        2、固定翼无人机
        站在外形角度来说,固定翼无人机属于微型机范畴,现阶段,市场中常见的类型有螺旋桨型、圆盘形等。站在实际应用过程角度来说,无人机的动力来源主要为电池,而且电动机自身隐蔽性较强,噪音小,适合在航空摄影测绘工程之中得到应用。
        3、伞翼无人机
        伞翼无人机在应用过程中,主要以伞翼为升力面,为后续工作的开展提供基础条件。伞翼在制作过程中,主要以纤维织物加工为主,实现伞状柔性翼面的有效制作,主要安装在机身上方。从上述内容中可以看出,伞翼无人机属于是轻小型飞机范畴,而且能够将飞行高度低、速度慢等特点呈现出来,在测绘工程之中发挥出更好作用。
        4、无人直升机
        站在性能角度来说,无人机并不需要开展发射系统操作,便能实现垂直起降等操作。借助于该项性能优势,可以将飞行剖面航路呈现出来,为测绘工作的开展提供成分条件。
        (二)无人机优势
        在无人机技术应用上,可以将高效性特点呈现出来,并对紧急事件进行有效处理,进而实现对检测范围的进一步拓宽,生成更加清晰的数据图像,为后续分析工作的执行创造有利条件。相比之下,无人机的分辨率较高,而且还要优于卫星影像,具体范围在0.1~0.5 m之间。由于无人机的航空高度不同,检测范围也会呈现出一定的差异性,可以应对大范围的高空检测,将实时性特点呈现出来,将检测结果精确性特点呈现出来。借助于无人机开展遥感检测作业,可以将多个无人机结合到一起进行应用,这也是对大范围监测作业开展的常用手段之一。
        二、无人机影像处理技术在测绘工程中的应用
        1、影像畸形改正技术的应用
        无人机影像处理技术与普通影像处理技术大有不同,其常用的设备为非量测相机,在国内如果要实施大比例尺测绘通常使用的设备为单反,这样一来能够和定焦相机设备高效搭配使用。但是无人机设备在拍摄过程中很容易发生畸形现象,因此必须实施有效控制。在处理某些特殊数据的时候,例如地震资料数据处理过程中的重新排列处理、重新取样处理、多路编辑处理或者垂直叠加处理等,无人机设备的摄像头装置与航拍过程中的正常摄像头装置是存在差异的,因此其拍摄出的图像必须经过适当修正处理,才能最大程度恢复真实图像。



        2、空三加密技术的应用
        空三加密技术是指在空中实施三角测量,该技术的应用目的是借助部分野外控制坐标,在室内实现控制点加密,最终得出加密坐标的具体平面位置以及高程等。此种技术保密性良好,且具有加密功能。最为常见的空三加密技术有两种,一种是解析空三加密技术,一种是模拟空三加密技术。此类技术的应用优势比较突出,但与此同时技术难度较大,在应用操控方面需要专业人员完成。
        3、无人机拍摄数据处理技术的应用
        与传统拍摄技术相比,无人机设备获取的数码影像属于不规则的排列方式,无论是旋偏角,还是俯仰角都比常规拍摄更大一些,此外航向影像在重叠度上也会偏大,而模型却偏小,这也是造成影像畸形的主要原因。在这种情况下,空三角测量数据结果很容易出现误差,部分不规则测绘影响因素导致空三自动转点的成功率大幅度下降,此时技术人员的工作量会适当增加。因为影像模型相对较小,所以在测绘过程中需频繁切换模型,这会降低整体作业效率。通过测绘实验结果可以得知,如果控制点的密度过大,那么平面点测绘精度就会提升,反之,就会下降,技术人员后期在布置控制点的时候,通常会选用密集布置的方式,以保证后续成图效果。
        三、无人机在地形测绘工程中的应用案例分析
        1、倾斜摄影测量作业流程
        外业作业之前,首先收集测区资料,包括控制点成果、坐标系统和高程基准,已有地形图成果和地名资料等。接着,针对任务进行初步设计,并报送业务主管部门审批,制定无人机航飞方案,并进行空域申请,明确无人机搭载的传感器类型、地面分辨率、飞行高度、架次、重叠度等。
        在具备外业影像采集条件后,按照航测设计方案,进行像控点坐标和倾斜影像数据采集工作。内业工作主要包括数据预处理、空三加密、生成点云和建立实景三维模型等。所有内业均可在数码倾斜影像导入软件后由软件自动解算完成,通过多视影像联合平差技术进行倾斜影像区域网平差、多视影像密集匹配技术得到高精度点云数据,还可以运用联机计算缩短内业数据处理时间。
        2、试验与结果分析
        (1)概况
        测区位面积约2.6 km,为改善某省级贫困村农村人居环境,当地政府要求快速测绘某县 26 个贫困村1∶500 地形图,实验区是此次要进行人居环境综合整治的 26 个贫困村之一。测区主要由居民住宅楼房和生活区附属设施及少部分菜地构成。若采用传统的 GPS 配合全站仪作业模式,由于测区 80% 以上为居民住宅楼,而且相互间距非常小,且分布随意性较大,势必造成 GPS因遮挡及多路径效应而无法实施,全站仪因需要建立无数转点、引点工作,给精度带来极大损失,致使无法满足 1∶500 地形测绘要求。
        经现场踏勘,结合工期、精度要求,制定了四旋翼航测无人机 D200 搭载 D - OP200(5* RX0)五相机施测方案,相对飞行高度 81 m,航向重叠度 80%,旁向重叠度 70%,测区最高点地面分辨率为 2.9 cm/像素,测区最低点地面分辨率为 3.2cm/像素,均小于规范《低空数字航空摄影规范》(CH/Z 3005 -2010)测图比例尺为 1∶500 时,地面分辨率优于 5 cm 的要求。
        此次 试 验 内 业 选 用 了 Bentley 公 司 的Smart3D CaptureTM 系统进行了空三解算、像控点刺设、点云生成和三维重建,将建立的地面三维模型导入北京山维公司的 EPS 3DSurvey 软件,按照《国家基本比例尺地形图式 第 1 部分:1∶500 1∶10001∶2000 地形图图式》(GB 20257.1 - 2007)中1∶500 地形图要求,参照三维地形模型及点云数据,对试验区完成了全要素矢量化地形采集。
        在完成地图全要素矢量化后,收集、汇总内业判读模糊、不准确的区域告知外业作业人员进行外业调绘,最后修改整饰,完成 1∶500 地形图测图工作。
        (2)精度评定
        为了检验试验区地形图成果能否满足《基础地理信息数字成果 1∶500 1∶1000 1∶2000 数字线划图》(CH/T 9008.1 -2010)对 1∶500 地形图精度要求,外业人员采用准静态 RTK 模式在测区采集了 10 个检查点。经计算可以得出:点位中误差为 ± 0.013 4m,高程中误差为 0.009 m,依据《工程测量规范》城镇建筑区 1∶500 地形要求,地物点位中误差≤30 mm,高程中误差≤1/3h d = 0.167 m。可见,倾斜摄影测量技术在 1∶500 地形图测绘中,能满足精度要求。
        结语
        总而言之,在应用无人机测绘的过程中,工作人员需要根据测绘目标地域的情况合理的对测绘点进行布设,在完成测绘后积极核查数据,避免出现漏点、盲点等问题,只有这样才可以更好的提升无人机测绘的质量,为我国的地形测绘工程行业的发展提供更大的帮助。
       
        参考文献:
        [1]孙立强.无人机在地形测绘工程中的应用研究[J].住宅与房地产,2019(19):164.
        [2]程顺炜.无人机遥感技术在测绘工程测量中的运用[J].居舍,2019(15):6.
        [3]李宗航,于君泽.地形测绘工程中无人机的应用研究[J].数字通信世界,2018(07):231.

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