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无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用李菊娣

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李菊娣

[导读] 摘要：在小面积、大比例尺数字化地形测量技术服务中，无人机与载人飞机相比，它不但具有体积小、重量轻、反应快、造价低、使用方便等优势，而且无人机系统操作也非常简单，不受空域管制的影响，能够快速到达检测区，进行飞行、成像，极大地提高了工作效率。

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        摘要：在小面积、大比例尺数字化地形测量技术服务中，无人机与载人飞机相比，它不但具有体积小、重量轻、反应快、造价低、使用方便等优势，而且无人机系统操作也非常简单，不受空域管制的影响，能够快速到达检测区，进行飞行、成像，极大地提高了工作效率。
        关键词：无人机摄影；测量技术；数字化地形；测量应用
        引言：
        在航空摄影测量技术和遥感技术高速发展的背景下，人们对地球上地形地貌信息的表达逐渐由二维转化为三维，这也成为当前数字城市、智慧城市建设的重点内容，无人机摄影测量技术因具有高精度、高分辨率、地面纹理特征丰富等特征，在数字化地形测量中得以广泛应用。本文主要在无人机摄影测量系统的构成及工作原理基础上，结合工程实践详细分析了无人机测量技术在数字化地形测量中的应用。
        一、无人机摄影测量系统的组成
        目前，我国在小比例、大比例尺数字化地形测量过程中，局限于航空摄影技术的不完善、航拍手续复杂、拍摄成本较高、拍摄耗时巨大，实际的经济效益并不理想，而采用传统的地形测量技术又很难在较短的时间完成全部地形的测量。最近发展的无人机摄影技术，具有巨大的应用潜力。无人机拍摄系统操作简单、耗时周期短、拍摄效率高，而且能够快速到达任意拍摄位置进行拍摄，配合计算机技术能够快速地完成拍摄成像、测量任务，能够极大地缩短测量周期，提高测量效率。
        目前的无人机摄影测量系统一般包括软件与硬件两个基本部分，其中硬件部分包括无人机、机载和监控三个系统，其中的软件系统负责拍摄航线设计、飞行控制、远程监控、航空摄影检查及数据预处理工作，而且能够避免无人机在飞行拍摄过程中出现的姿态不稳定的问题。无人机摄影测量系统中的飞行平台使用高分辨率的遥感设备作为拍摄的主要部分，主要拍摄目标为低空高分辨率数据，从而高效准确的完成对地形数据的收集以及处理。无人机摄影测量技术主要使用一种通过摄影光束的交点确定地面点位的测量方式，这种测量技术首先要确定投影光束，此外，还需要其他外方位元素，包括三个线元素及三个角元素。传统的通过控制点与空三加密反求光束的外方位因素地形摄影测量已经不能完全满足实际地形测量的需求，且在实际建设过程中发现，现有的地形测量资料与实际建设经验有一定差异，极大影响了土地资源的利用效率。所以，加快发展无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用，对于促进我国经济发展与社会主义建设具有十分重要的意义。
        二、航拍作业起飞前检查
        安全是展开航摄作业前首要考虑的因素，在经过一系列严格检查后方能升空作业，检查项目包括：1.俯仰检查：确保陀螺的零点和俯仰角都是向上正值；2.滚转检查：陀螺零点和滚转角正确，右滚为正值；3.水平检查：在安装飞控系统时，应通过设置合理的俯仰角和滚转角来控制飞机姿态；4.空速检查：在空速管前用手挡住气流，若空速显示值在“0”附近，则表示正常；或者用手堵住空速管，若空速显示值呈增加或保持不变的现象，即视为正常；5.转速检查：用手转动发动机，观察地面站上是否提示有转速行为；6.GPS定位检查：从开机到GPS定位所花费的时间应控制在1 min内，若定位时间≥5 min，有必要对GPS天线等进行检查；7.震动测试：观察发动机在不同转速下，其传感器数据的跳动情况，若跳动幅度较大的话，应及时采取减震措施等。
        1.地面站监控
        飞机在升空后，地面站即可开始对飞机飞行状态进行实时监控，驾驶人员也应密切关注给飞机的高度、航线等指标是否正常，一旦出现异常应立即做出有效处理。

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        2.现场数据整理和检查
        在航摄完成后，应在现场对航摄数据进行检查、整理，主要包括：曝光点数与影响数的一致性；每条航线记录值与实际飞行影像数的一致性等；完整存储原始数据，并在影像清晰的情况下进行数据整理；将影像按照航线数分别装载于文件夹，每条航线的影像数量应一致。
        三、无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用
        1.航摄测量测图的原理
        航摄测量测图的基本原理是通过采集地面上的地形、地物的三维坐标以及描述其性质的信息，然后录入计算机，借助计算机绘图系统进行处理、显示、输出与传统地形图表现势性相同的地形图。航摄测量单像片测图的原理是中心投影的透视变换，立体测图的原理是投影过程中的几何反转。
        2.航摄测量测图的方法
        航摄有三种测量测图的方法。综合法：适用于平坦地区的大比例尺测图。其属于单张像片测图，是摄影测量与平板仪结合在一起得到的测图方法。综合法能够用平板仪测量出地面点高程和等高线，能够根据得到纠正之后的航摄影片确定地面店的平面位置。全能法：主要适用于山地，其将立体像通过放置在立体测图仪内，从而构成微小型的地面几何模型，通过在微小型地面几何立体模型上测量出地面点的平面位置、高程和等高线，从而得到地形图。分工法：主要适用于丘陵地形，其是按照平面位置和高程分求原则进行测量测图的方法，与全能法一样，也是通过立体测图仪测量地面点、高程和等高线，其确定地面平面位置也综合法的确定方法相同。
        3.有序调控相片
        无人机测量在进行地形测量的过程当中，能够增加相片的控制，并且精准性较高。获取的数据资料整合到导航系统中就具备了定位特性，能够实现在全世界范围的应用。根据导航指引，能够设置可用于换算的数据，并通过相应数据换算最终获取需要测量的地形的特性。同时，还可以通过对相片控制点的筛选拟定设置方位，借助导航体系实现对相片控制点的检测。针对外业流程，控制点大多为初始定位，只需要将其设置在便于测量的路径之内，并添加相关参照物，就能够充分的描绘出总体架构之间的关系。
        4.空中三角测量
        无人机摄影技术中的空中三角测量主要用来确定以及纠正定向点与标记点的位置，包括测量过程中需要的一起元素数据等，在进行空中三角测量之前需要进行必要的材料以及设备的准备，才能更好地完成对定向点以及标记点的确定。
        5.内业数字化测图（DLG）制作
        无人机摄影在数字化地形测量过程主要步骤为航空摄影测量空三加密，包括外业与内业两个部分，外业主要负责像片控制点的测量、照片的调绘以及地形图的综合测量。内业主要通过相片上的控制点，通过空中三角测量技术，确定地形的控制点、高程、坐标等数据。在进行测量过程中，仪器的测绘过程中要注意也已经完成的地形图完成接边，每一幅地形图的完成，都要经过仔细检查以及确认才能从仪器上取下，最终完成地形图的测量任务。
        结语：
        随着无人机摄影技术的不断发展与应用，以无人机摄影技术为前提的测量技术也得到了巨大发展，发挥出巨大的应用潜力，而以无人机摄影测量技术为基础的数字化地形测量也成为可能，因此文章对无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用以及影响无人机航空摄影效率的各种因素做了简要分析，最后并提出了提高无人机航摄效率的可行方案，并且在实践当中得到了验证。所以，也使得无人机可以进行大面积的航空摄影作业成为了有可能。
        参考文献：
        [1]王红莲.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用[J].工程技术，2015（22）：261.
        [2]李晴晴.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用[J].电脑知识与技术，2013（35）：8098-8099.