無人機(jī)航空測量在地形測繪中的應(yīng)用

張猛

摘? 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的快速發(fā)展和各行各業(yè)的不斷進(jìn)步，人們對地形測繪工作的質(zhì)量及其工作效率提出了更高的要求。傳統(tǒng)的航空測量方式早已難以有效滿足現(xiàn)階段快速發(fā)展的市場需求。在此背景下，無人機(jī)航空測量技術(shù)憑借其面積小、比例大、像素清晰和性價(jià)比較高等獨(dú)特鮮明的優(yōu)勢在地形測繪行業(yè)取得了更為廣泛的應(yīng)用。因此，關(guān)于無人機(jī)航空測量在地形測繪行業(yè)應(yīng)用的相關(guān)理論探討和現(xiàn)實(shí)案例分析有著不容忽視的重要理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);航空測量;地形測繪

中圖分類號(hào)：P217? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0171-02

Abstract： With the rapid development of science and technology in modern society and the continuous progress of various industries， people have posed higher requirements for the quality and efficiency of topographic surveying and mapping. The traditional aerial survey method has long been difficult to effectively meet the rapid development of market demand at this stage. In this context， UAV aerial survey technology has been more widely used in terrain mapping industry because of its small area， large proportion， clear pixels and high performance-price ratio. Therefore， the relevant theoretical discussion and practical case analysis of the application of UAV aerial survey in terrain surveying and mapping industry has undeniably important theoretical significance and practical value.

Keywords： UAV; aerial survey; topographic mapping

引言

隨著航空測量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及其能力水平的不斷提升，航空攝影技術(shù)在軍事領(lǐng)域、礦山開采等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，為發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)和保障社會(huì)民生等作出了重要貢獻(xiàn)。近年來，隨著航空測量技術(shù)的進(jìn)一步完善，無人機(jī)航空測量技術(shù)在地形測繪行業(yè)中的應(yīng)用愈加成熟廣泛。在此背景下，本文從無人機(jī)航空測量技術(shù)的相關(guān)理論知識(shí)出發(fā)，在探究無人機(jī)航空測量在地形測繪行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢的前提下，針對性地分析了相關(guān)案例，旨在為提升我國無人機(jī)航空測量應(yīng)用能力帶來更多的思考和啟迪。

1 無人機(jī)航空測量技術(shù)概述

無人機(jī)航空測量技術(shù)是近年來發(fā)展的新型地形圖測繪重要技術(shù)手段之一，該技術(shù)主要以無人機(jī)作為重要飛行平臺(tái)，利用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)等先進(jìn)設(shè)備作為傳感器，充分借助3S技術(shù)在實(shí)際測繪過程中收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并開展地形測繪工作，是涉及遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)三大重要內(nèi)容的新型地形圖測繪方式。圖1即為無人機(jī)航空測量技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。和傳統(tǒng)的地形圖測繪技術(shù)相比，無人機(jī)航空測量技術(shù)在其實(shí)際應(yīng)用過程中不僅具有成本較低、靈活敏捷度較高和結(jié)構(gòu)較為簡單等眾多優(yōu)勢，具有精確度較高、作業(yè)效率較高等鮮明特征，為最大程度上滿足現(xiàn)代地形測繪相關(guān)要求打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 無人機(jī)航空測量在地形測繪中的優(yōu)勢

2.1 響應(yīng)能力強(qiáng)

眾所周知，在無人機(jī)航空測量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，由于無人機(jī)機(jī)械設(shè)備大多處于低空飛行的良好狀態(tài)，因此不會(huì)受到不良天氣狀況和大氣環(huán)境的消極影響，能在極大程度上精確快捷地采集到所需測量數(shù)據(jù)，并增強(qiáng)對所需測量數(shù)據(jù)的響應(yīng)能力。與此同時(shí)，無人機(jī)航空測量技術(shù)可進(jìn)一步借助當(dāng)?shù)鼐钟蚓W(wǎng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對所得到的數(shù)據(jù)信息資料進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的傳輸，借此方式快速有效地幫助地形圖測繪人員獲取航空拍攝相關(guān)數(shù)據(jù)信息和測量數(shù)據(jù)，進(jìn)而快速繪制所需地形圖。

2.2 數(shù)據(jù)獲取及時(shí)

通常情況下，無人機(jī)航空測量技術(shù)和數(shù)碼相機(jī)相匹配，不僅擁有對飛行條件要求較低和對地形條件要求較低等獨(dú)特優(yōu)勢，更能在極大程度上快速獲取詳細(xì)的地表影像資料。因此，無人機(jī)航空測量技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確度和精準(zhǔn)度較高、科學(xué)性較強(qiáng)，其數(shù)據(jù)傳輸運(yùn)行的速度較快，可進(jìn)一步借助數(shù)字化圖像將所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為三維可視化攝影圖像，方便地形圖測繪工作人員利用相關(guān)的數(shù)據(jù)圖像資料進(jìn)行可視化操作，進(jìn)而為地形圖的勘察繪制和實(shí)際應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，無人機(jī)航空測量技術(shù)還可進(jìn)一步與衛(wèi)星遙感技術(shù)和航空攝像測量技術(shù)等聯(lián)合使用，為提升地形測繪數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性做鋪墊。

2.3 機(jī)動(dòng)靈活性

一方面，無人機(jī)航空測量技術(shù)在其系統(tǒng)內(nèi)部安裝了精度較高的數(shù)碼相機(jī)設(shè)備，該設(shè)備能夠采取傾斜拍攝或垂直拍攝等多樣化的拍攝方式。因此，哪怕沒有專業(yè)的較為平整的起降區(qū)域，無人機(jī)航空測量技術(shù)仍舊可以正常地開展實(shí)際拍攝工作，為地形測繪提供科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。另一方面，和傳統(tǒng)的航空測量技術(shù)相比，無人機(jī)航空測量技術(shù)可依照實(shí)際拍攝需求事先對無人機(jī)設(shè)置相應(yīng)的飛行航線，采用全線自動(dòng)飛行的模式使無人機(jī)設(shè)備能夠在不良運(yùn)行狀況下保持較高的拍攝精度和準(zhǔn)確度。此外，無人機(jī)航空測量技術(shù)還可根據(jù)實(shí)際情況一次性地設(shè)置多個(gè)測量位置，在完成地面測量數(shù)據(jù)信息的采集和整理后借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，借此方式大幅度提升地形測繪工作人員的實(shí)際工作質(zhì)量和工作效率。

3 無人機(jī)航空測量在地形測繪中的應(yīng)用案例

本文所分析案例主要是三個(gè)有人的島嶼及其附屬島嶼1：500的基礎(chǔ)地形圖測繪項(xiàng)目，該項(xiàng)目測繪面積總達(dá)6.27平方千米，其中陸地面積為4.5平方千米，地形以島嶼和礁石為主。由于該島嶼及其附近島礁地形地貌較為復(fù)雜和特殊，因此，采用常規(guī)測繪測量技術(shù)方式不僅具有較大的難度，作業(yè)效率較低，更會(huì)使實(shí)際測繪工作人員危險(xiǎn)系數(shù)大幅度增加，而無人機(jī)航空測量技術(shù)具有機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)、靈活性較高、作業(yè)效率較高等獨(dú)特性質(zhì)，恰恰適用于該類島嶼的地形圖測繪。因此，本項(xiàng)目采用了無人機(jī)航空測量技術(shù)對島嶼及其附屬島礁進(jìn)行了航空拍攝，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基礎(chǔ)地形圖測繪。

項(xiàng)目工作人員在選定相應(yīng)的無人機(jī)航空拍攝設(shè)備及軟件的基礎(chǔ)上，根據(jù)航空測量技術(shù)的實(shí)際特點(diǎn)和該島嶼及其附屬島礁的實(shí)際地形特征進(jìn)行了一定的分析探討，并在此基礎(chǔ)上制定了如圖2所示的航空拍攝作業(yè)流程示意圖。在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目工作人員開展了航空測量數(shù)據(jù)的采集、航空測量控制點(diǎn)的設(shè)置、空三軟件加密處理影像資料、立體測圖模式調(diào)節(jié)、外業(yè)調(diào)繪及成果整合等眾多重要工作。就航空測量數(shù)據(jù)采集收集而言，本項(xiàng)目選用了垂直起降固定翼的無人機(jī)搭載相應(yīng)的飛思相機(jī)，并在設(shè)置航空高度、基線長度、航線間距、航向重疊度等重要參數(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)海島及其附屬島礁實(shí)際天文情況確定了航空拍攝時(shí)間，并在此過程中考慮到海面反射較大和相片容易過曝問題對其內(nèi)業(yè)進(jìn)行了批量調(diào)色輸出。就航空測量控制點(diǎn)設(shè)置而言，項(xiàng)目工作人員根據(jù)實(shí)際的航拍范圍和地形情況進(jìn)行了144個(gè)測量控制點(diǎn)布設(shè)，實(shí)際測量控制點(diǎn)高達(dá)121個(gè)，極大程度上確保了本項(xiàng)目的像控精度、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在此過程中，項(xiàng)目工作人員充分考慮到了海島海礁影像包含大面積水域?qū)?shí)際航空拍攝影像數(shù)據(jù)信息匹配精度造成的不良影響，為進(jìn)一步保證后期空三軟件處理精度而適當(dāng)加強(qiáng)了對沿海島岸線的測量控制點(diǎn)布置，更嚴(yán)格根據(jù)海島形狀在島內(nèi)進(jìn)行了位置選擇，在避開危險(xiǎn)地理環(huán)境的同時(shí)減少了多路徑效應(yīng)。就空三軟件對測量圖像的加密處理問題而言，項(xiàng)目工作人員利用空三軟件在相機(jī)和鏡頭幾何模型的基礎(chǔ)上，對實(shí)際像控點(diǎn)進(jìn)行了高精確度的吻合性檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)信息分析利用，借助舍棄精度較低的五個(gè)測量控制點(diǎn)的方式提高了數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度。

4 結(jié)束語

總之，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展使得無人機(jī)航空測量技術(shù)在地形圖測繪和其他測繪行業(yè)中的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，而無人機(jī)航空測量技術(shù)機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)、靈活性較大、作業(yè)效率較高、適用范圍較廣、響應(yīng)程度較好等獨(dú)特優(yōu)良性質(zhì)更在極大程度上優(yōu)化了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。因此，充分認(rèn)知無人機(jī)航空測量技術(shù)的相關(guān)理論知識(shí)，在結(jié)合所測量區(qū)域?qū)嶋H情況的基礎(chǔ)上合理利用無人機(jī)航空測量技術(shù)，充分借助測量控制點(diǎn)布設(shè)和空三角加密處理等方式，盡可能地提升無人機(jī)航空測量技術(shù)的整體應(yīng)用效率必將成為未來社會(huì)測繪行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。

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