「技术创新」无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用


发布时间:2020-12-23 15:21 您是第 位浏览者


地形图测绘是对地球表面的地形和物体在水平面上的投影进行具体的测量,然后通过等比例的形式将其制作成图,用特殊的符号和标记绘成地形图的工作。地形测量主要分为控制测量和碎部测量两种,根据应用仪器的不同拥有不同的绘画方式。控制测量是指以地形测图为依据,通过平板仪测图的方式来控制测量中的变量,来测定一定数量的平面和高程控制点。碎部测量则是阶段式的测量方法,将测绘根据不同的地物特征点和地形特征点分成不同的碎部点。从对碎部点的水平和垂直距离高度方向进行具体的测绘。地形图的测绘方法通常有平板仪测图法、经纬仪测图法和联合测图法等。根据不同的地理环境和不同的要求选择不同的测绘方法。但是这些地形图的测绘方法都是要在明确的地理照片下完成,这就需要在地形图测绘中引入无人机航空摄影测量来实现地理图形的实时掌控。

1无人机航空摄影测量技术的概念与优势

1.1无人机航空摄影测量技术

无人机航空摄影测量技术是在航空摄影测量上进行改进的技术,航空摄影测量通常是指在飞机上用航摄仪器对照地面进行连续的拍摄和取相片,结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤,最终完成地形图的绘制。因此,无人机航空摄影测量技术是指在无人机上进行的操作,相较于传统的航空测量来说,它的基本原理并没有改变,都是通过中心投影的透视变换,来实现投影过程中的几何反转。现在的无人机航测可应用到多个行业内,在小区等小范围的环境下也可以进行作业,尤其是对于基础测绘和地形图测绘上,有着广阔的发展前景。

1.2无人机航空摄影测量技术的优势

对于无人机航空摄影测量来说,比过去传统的测量方式更加具有灵活性,高效快速,既可以小范围作业,又可以大面积地进行拍摄,增加了适用范围,而且相较于飞机来说无人机的成本要远远降低,且不需要过多人工方面的干预,使航测更加具有准确性。无人机的航测受外在天气影响较小,而且也没有场地起降的限制,不用考虑飞行中飞行员的安全问题,拥有快速的反应能力,通过车载系统就可以完成作业,操作简单,交通便捷,能够监测到人工测量不到的范围。其次,与传统的航测相比,无人机航测拥有绝对的时效性,可以实现数据存档和拍摄时间上的统一,随时拍照,随时都可以储存。针对我国的地形来说,很多地区由于外在的条件,人工都是无法对其进行作业的,但是无人机航测技术却可以做到无差别地进行拍摄作业,不受地理区域的限制,成像的质量和精密程度都比过去有所加强。

2无人机航空摄影测量的具体实例

随着科学技术的发展,由于无人机成本低、周期短等优势,无人机航空摄影测量已经被广泛应用到地形图的测绘中。这里以云南省怒江傈僳族自治州的一个山区作为实例来分析无人机航空摄影测量的具体情况。首先,要对于要测量的山区位置和地形有一个大致的了解。这里的位置地处东经98°09′~99°39′,北纬25°33′~28°23′之间,地形多为高山陡坡,所以在无人机的选择上可以选取大疆的旋翼无人机,具体的测绘面积为20km2左右,要求以1:2000的比例做出地形图的测绘。

在无人机的调试过程中,要对如人机的相机像素进行选择,一般的像素为2000万,镜头是8.8mm的定焦镜头,这样是为了保证在拍摄过程中可以实现影像的清晰,快门的速度设定为0.002s,来确保连续的拍摄成像,避免因为无人机的抖动而引起画面上的模糊。接着要对无人机的像控点进行布置,选择明显的交汇点作为像控布置,并采用准确的测量发放,在本次拍摄中,一共设置了50个左右的像控点,其中一部分作为检查点进行操作,来保证拍摄的精准度。另外,在地区上空也要进行区域网的布置和航线的规划,根据具体的比例对地面的采集量和测区地形进行不同程度的测试,最好将航线规划为正方形或者矩形,以保证测量的具体面积,根据计算公式算出无人机的航高后进行设置。最后对无人机进行数据方面的采集,确定最终获得的航空影像,再由专业的工作人员进行具体的分析和测绘。

3无人机航空摄影测量在地形图测绘中的具体应用方法

3.1像片控制点联测

在地形测绘图中,无人机航测的首先应用方法是对像片控制点的联测。像片控制点是指直接为摄影测量的控制点加密或者是因为测图的需要而在实际地理位置上进行设计并且测定的控制点。像片控制点直接影响了无人机航空摄影测量的后续工艺和摄影成像的精度与准确性,因此,要求在实际的地形图测绘中要对像片控制点的数量和位置有一个具体的设定。首先,对于像片控制点来说,实际的误差不能相差过多,这就对无人机的测绘工作有了更高的要求,需要把像片平高的控制点与基础控制点在水平位置中的误差控制在1m之内,而像片高程控制点的误差在平地上不能超过10cm,在山坡上不能超过50cm。

要想完成像片控制点的联测第一要素就是对控制基准的建立有一个正确的把握。对一个测区来说,控制基准的建立十分重要,需要对照具体的测绘比例来对基准的控制点有一个预估,以国家基础控制点为标准,实行不同级别的平面控制,用GPS定位系统进行精准计算,从而在水平和垂直两个方向上找到交汇点,完成控制基准的建立。在控制基准建立后,一般采用GPSRTK的方法进行具体像片控制点的测量。但是此方法的缺点是只能在平坦的地面上进行测量,在控制点的附近通过GPS的基础对像片控制点进行直接的测量,在测量前后都要对相关设备进行检查,避免过程中出现误差,影响后续操作。

3.2像片调绘

像片调绘是在无人机航测的基础上根据不同的要求,对无人机的拍摄成片进行适当的取舍,并且按照特有的符号和形式将地物、地貌标记下来的过程,这些工作被统称为像片调绘。它是一种通过判读知识对像片进行重新的调查和补测的过程,以供专业的工作人员对其进行整修和测绘。像片调绘的主要方法为全野外调绘法,是通过无人机航测的过程在野外进行作业的方法。在调绘之前,要对调绘路线和调绘面积进行具体的设计,从新测定当地的地物和地貌,选择调绘路线要以安全为主,最好选择视野良好的平坦地区进行调绘。调绘工作完成后要对无人机进行相关专业形式的验收,调整好部分数据,以便地形图测绘工作可以继续顺利进行。

3.3航测的内业工作

在无人机的航测过程中,除了航测外业工作外,还要完成航测内业方面的工作。航测内业包括测图控制点的加密和利用各种光学仪器进行地形图的拍摄。测图控制点的加密在平坦地区会选择三角测量法,三角测量法是指利用地球轨道的直径作为基线,对测量物体与物体之间的距离。三角测量法的原理都通过被测物体的垂直线段垂直与两者之间连线的重点,随着具体的增大,二者形成的角度也就越大,因此被测量到的距离具有较好的准确性。

在丘陵和山地地区采用立体测图仪的测量方法。立体测图仪是指用在摄影测量内业成图的主要仪器,其结构原理是几何的反转,通过投影中形成的射线束,经过立体物体后形成的几何模型。而光学机械仪器则通常是指无人机中的相机,也就是对地形图的拍摄,在拍摄前,需要对相机的像素,焦距等参数进行调整,根据无人机距离地面的高度来进行改变,使像片可以清晰成像,并且要对相机的拍照时间进行设计,使其保证连续的拍摄,避免工作人员在研究过程中出现各种的问题,导致工作不能继续进行。

4结语

综上所述,无人机航空摄影测量技术以其高效简单、成本低、周期短、精密准确等特点被广泛应用在各种行业领域中,尤其是在地形图测绘中,现阶段的主要技术模式是无人机航测,工作人员需要加大对无人机航测的研究,提高无人机航测在地形图测绘应用中的发展空间。

撰稿:王吉振,山东省地质测绘院工程师,研究方向:摄影测量与遥感。

来源:(转自《中国高新科技》杂志2020年第1期)

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