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地形圖測繪中無人機航攝測量技術的運用
發布時間:2019-12-31

  摘    要: 伴隨測繪科技的不斷發展,尤其是無人機測繪技術的發展,低空航攝在災害監測、地形圖測繪中發揮了重要作用,特別是在地形圖測繪中,采用無人機進行空中攝影,不僅風險小,而且效率也更高,大大降低了成本,在較大范圍內使用無人機進行測繪,能夠有效提升地形圖繪制的精確度。文章分析了使用無人機地形圖測繪的主要特點,以及進行航線規劃、數據采集與處理的基本流程。

  關鍵詞: 無人機; 地形圖測繪; 空中三角測量; DSM地表模型;

  Abstract: With the continuous development of surveying and mapping technology, especially the development of UAV surveying and mapping technology, low-altitude aerial photography has played an important role in disaster monitoring and topographic map surveying and mapping, especially in topographic map surveying and mapping. UAV is used for aerial photography. Not only the risk is small, but also the efficiency is higher, greatly reducing the cost, and, in a larger range of UAV(Unmanned Aerial Vehicle) surveying and mapping, can effectively improve the accuracy of topographic map drawing. This paper analyzes the main characteristics of surveying and mapping using UAV topographic map, as well as the basic flow of route planning, data acquisition and processing.

  Keyword: UAV(Unmanned Aerial Vehicle); topographic map mapping; aerial triangulation; DSM surface model;

  無人機在地形圖測繪中的應用,是以航空技術為基礎,軍事領域也都有所涉及,從我國目前的地圖測繪來看,部分地區還是采用傳統方法進行測量,面對大比例尺的地形圖測繪,更是需要耗費大量的人力、物力和財力,增加施工的工期,降低工作效率,但是用無人機搭載非測量相機進行地形圖測繪,就能夠解決這一問題,時效性也有所保障,無人機在地形圖測繪中的像素清晰,測量面積也比較廣泛,便捷性也更高。

  1 、無人機航測系統的構成概述

  無人機低空航攝系統,即由航攝飛行平臺(UAV)、數據采集部分、POS信息與飛行控制部分等構成。其中常用的測繪UAV無人機分為固定翼、多旋翼、復合翼等,為數據采集提供飛行載體平臺;數據采集以CCD可見光相機或光譜傳感器為主,快速實時獲取地表信息;POS模塊提供數據采集瞬間對應時刻的空間定位、姿態確定等信息,以滿足后期影像空三解算;飛行控制模塊則承擔航線信息傳輸、飛行器起降與巡航控制等功能,同時若出現信號失鎖、電量不足等情況時,無人機可自動返回起飛點。

  2 、無人機航攝攝影測量技術的主要應用特點

  在測繪行業中,使用無人機進行地形圖測繪具有諸多優勢,不同于衛星測繪,無人機測繪所花費的時間較短,速度較快,并且能夠提供更多的側面紋理、三維點云等數據;無人機低空航攝測繪與傳統人工測繪相比,作業效率高、勞動強度低、數據時效性強。無人機對于環境的要求不高,受氣候條件的影響比較小,因為操作簡單,實用性強,因此被廣泛應用于現代測繪領域。

  在測繪之前,應對當地地形進行初步了解,合理安排測繪計劃,在地形相對復雜的區域,還應更加仔細設置無人機的飛行路線以及拍攝的角度,減少補測,對于重要的控制點進行具體的測量,檢查無人機拍攝影像,分析所得到的數據,對于存在的不合理部分進行補測,按照具體的步驟進行操作,完成航測任務,可以使用數碼相機進行攝影,向地表傳送分辨率更高的圖像,除此之外,無人機還能夠與衛星遙感數據鑲嵌融合,協同效率也很高,為地形圖測繪工作的開展提供了極大的便利,無人機在地形圖測繪中的使用極大地節省了人力與物力,工作效率也比較高,因此為測繪工作的良好開展奠定了基礎。
 

地形圖測繪中無人機航攝測量技術的運用
 

  3 、無人機在地形圖測繪中的應用

  3.1、 航線規劃和像控點布設

  在使用無人機進行航空測繪時,首先應熟悉無人機使用流程,根據拍攝地區的地形地貌,確定航攝GSD分辨率、航向旁向重疊率(大于55%)與航線情況,測繪時應選擇合適的天氣,根據風向調整飛行方向,航飛區域應大于要求面積;像控點是測圖的主要依據,在選擇像控點時一般選擇代表性特征點或人工設置像控點,布設密度以及布設位置都要符合航攝規范要求。

  3.2 、空中三角測量

  使用無人機技術進行地圖測繪,利用GPS、IMU等快速獲取航攝瞬間POS姿態信息,而空中三角測量是航空攝影測量解析的核心內容,根據航攝CCD相機獲取的地面數據,利用POS輔助空三測量,完成同名像點的匹配與點云的高精度生產。某工程相對定向點云位置精度如表1所示。

  表1 點云相對位置差異精度報告
表1 點云相對位置差異精度報告

  圖1 數字地面模型DSM與帶等高線的DOM正射影像
圖1 數字地面模型DSM與帶等高線的DOM正射影像

  3.3、 立體采編

  無人機通過航空攝影測量,整合地形、地質等信息,對測量區域中的立體像對進行采編,確保信息的準確性和完整性,對地形結構數據和物體線節點數據進行嚴格控制,與無人機航攝中獲得的數據相結合,從而更加準確的得到測繪工程數據。如果對建筑物進行測量,應根據DOM影像成果,進行線劃處理;對于地形比較復雜的區域,則預先內業標定,然后外業調繪結合,從而完成信息的采編工作。

  3.4、 數字線劃圖與正射影像

  數字線劃圖工作的開展,需要使用相關的數據進行數據編輯,保證數據的完整性與格式的正確性,使用無人機進行大比例尺地圖測繪時,應構建相應的數字表面模型DSM,因此要嚴格規范操作步驟,減少人工采集的誤差,從而保證工作的正確性;測繪系統會根據需要自動匹配形成DSM,根據數據和影響再進行濾波處理,將數據和影像轉化成DEM的格式,從而進行相應操作,使用全數字攝影測量技術,生產滿足制圖要求的DOM正射影像數據(如圖1所示)。

  3.5、 補測操作

  當對無人機測繪所采集到的數據進行分析處理時,預先外業采用快拼影像,可對未測量到的地區,即航攝漏洞以其快速機動的優勢進行及時補測,在面對一些地形比較復雜的區域,無人機的測繪也比較困難時,也可采用傾斜攝影測量或人工測量相結合的方法,將人工測量與無人機測量的結果相比較,進一步提高測量的準確度,設置好參數,按照操作規范執行,無人機航攝精度可滿足大比例尺測圖的精度指標要求。

  4、 結束語

  綜上所述,無人機在大比例尺地形圖測繪中具有許多優勢,相較于人工測量也更加的靈活高效、信息全面,可有效滿足大比例尺地形圖測繪的要求,提高測繪數據的準確性和完整性,降低傳統人工測繪中的誤差;同時伴隨多拼鏡頭傾斜攝影測量技術的發展,以數字真三維模型為主要采集基礎的新型測繪手段,正逐步替代傳統測繪數據采集方式,為智慧城市建設提供了三維實景數據基礎。

  參考文獻

  [1]王明,黃文鈺.四旋翼無人機航攝技術在大比例尺地形圖測繪中的應用[J].西北水電,2017(06):34-36+43.
  [2]馬存富.基于無人機傾斜攝影技術礦山地形精準測量方法[J].世界有色金屬,2018(03):15-16.

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