低空无人机航测在大比例尺地形测绘中的应用研究

低空无人机航测在大比例尺地形测绘中的应用研究

刘海彦

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黑龙江鸿业远图地理信息技术有限公司 黑龙江哈尔滨 150000

摘要：低空无人机航测技术的应用在各领域都取得了不错的成绩，对于大比例尺测绘工程来讲，测绘精准度要求高、地势环境复杂，无人机航测技术应用能够满足复杂条件测绘要去。文章对低空无人机航测在大比例尺地形测绘中的应用展开探讨。

关键字：无人机；航测技术；大比例尺；地形测绘

引言

随着无人机低空摄影技术的不断发展和成熟，低空摄影测量技术被广泛应用于大比例尺地形图的测绘，结合成熟的无人机技术、GPS定位技术、摄影技术等，立足低空飞行，高分辨率影像，高效快捷地完成高精度成图项目。当前无人机市场飞控平台种类较多，应用领域较为广泛，专业级无人机甚至消费级无人机获取的航摄数据，结合专业航测后处理软件，以期满足大比例尺地形图生产的技术要求。

1低空无人机航测系统的组成内容

顾名思义，低空无人机航测系统其主体就是基于无人机进行飞行，在此基础上搭载民用的摄影设备，在地面上对其进行控制，促使无人机搭载摄影设备在飞行的过程中使用高分辨的镜头对航行轨迹进行监控与规划，实现自动拍摄的同时将无人机上的画面实时传输回地面，从而能够结合视频影像对区域内的地理数据信息进行分析，最终根据上传的数据形成地形测绘图。第一，飞行控制系统。飞行控制系统是控制无人机进行低空测绘工作中的核心内容，其主要是通过接收GPS信号定位，从而调整无人机的实际位置，了解无人机在工作时的高度与速度等，接收地面控制系统传达的指令，从而让无人机按照既定的规划航线飞行。第二，地面控制系统。低空无人机航测前需要使用地面控制系统制定相应的飞行航线，在实际飞行的过程中能够利用地面控制系统收集无人机飞行途中的各种信息，地面控制系统当中的影像显示能够实时显示无人机的飞行轨迹、飞行参数以及区域内的电子地图，可以结合实际情况，通过地面的控制改变无人机在空中的飞行轨迹，修改航行路线和目标地点等，实时监控无人机的飞行状态。第三，航拍影像。在低空无人机航测系统中所使用的影像形成工具可以使用在日常当中常见的单反相机、数字航拍仪等设备，结合实际情况针对需要测绘的地形与角度选择相应的影像传输设备。第四，数据处理软件。这一组成部分的实际作用就是基于无人机将空中飞行时记录的数据通过影像处理的模式将航行轨迹进行定向，进一步进行空三加密工作，在后续的工作当中制作数字地面模型，从而测绘区域内的整体地形。

2低空无人机航测在大比例尺地形测绘中的应用分析

2.1像控点的布设

像片控制点测量是控制空三加密和立体测图的基础，像控点位置的选择和布设直接影响到了成果的精度，只有每个像控点都按一定标准布设，才能使内业数据处理精度更高。为了提高数据精度，在航空摄影前，需在地面布设像控点标志。像控点布设须在四周空旷、上空无遮挡、且地面较为平整的地面，需要避开有阴影的区域。一般情况下在硬化路面可喷绘油漆布设；土路或山地可撒白灰，用白灰时要关注天气情况以及人为破坏的情况。像控点一般采用“L”标志，并在标志旁边喷上控制点编号，标志需做到棱角分明，方便内业空三加密的数据处理。测区内像控点不要求太密集，但需要分布均匀。控制点应采用“Z”字形或“S”形布设。鉴于目前使用的软件在空三加密区域网平差计算上已具备先进完善的功能，区域网大小根据航摄飞行情况、地形情况、计算机运算能力等进行综合划分，区域网之间的像片控制点应尽量选择在上、下航线重叠的中间，相邻区域网尽量有公用像控点。

2.2像控点选取及数据采集

当目标与其他像片条件发生矛盾时,应着重考虑目标条件;像片控制点距离像片上各类标志应大于lmm,距像片边缘不得小于lcm(18cm X18cm像幅)或1.5cm(23cm X23cm像幅);像片控制点应选在旁向重叠中线附近,离开方位线的距离大于3cm(18cm X18cm像幅)或4.3cm(23cm X23c二像幅)。当旁向重叠过大时,离开方位线的距离应大于2cm(18cm X18cm像幅)或3cm(23cm X23cm像幅)。仪器采用GPS,标称精度应满足以下要求:水平标称精度:±10mm+2ppm;垂直标称精度:±20mm+2ppm;像控点测量:观测时间不应少于15秒,每点观测两回次,观测值应在得到RTK固定解且收敛稳定后开始记录,测回间的平面坐标分量较差不应大于20mm,垂直坐标分量较差不应大于30mm。两测回结果取平均值作为该像控点测量坐标成果,像控点测量的平面坐标和高程记录至毫米。

2.3Pos数据和像片控制测量

Pos数据是影像曝光时的位置和姿态信息，即航摄像片的外方位元素。一般通过搭载在无人机上的GPS-IMU装置获取，是解析空中三角测量的数据基础。空中三角测量是利用共线方程以及测区少量的像控点坐标，计算其他待定点的坐标和像片的外方位元素。空中三角测量以及实景三维模型的精度主要与控制点的数量、位置及其精度有密切关系。理论上数量越多，模型的精度越高。但是过多数量的像控点，对三维模型的精度的提高有限。另外像片控制点位置不合理，会导致地形起伏比较大的地区三模模型扭曲以及其表面点精度不均匀等问题。

2.4外业调绘

外业调绘工作流程:资料准备、外业检查、调绘补测、内业编辑、成果输出。野外调绘是航测外业的最后一道工序,也是确保地形图数学精度和地理精度的重要环节。外业人员按规范、图式、设计书的要求,利用航内初编的线划图对内业测绘的地形要素进行野外检查、调绘及补测。因此在调绘工作中要做到四到:走到、看到、问到、测到。调绘补测工作要认真细致,对原图上的每一条线、每一个符号都要仔细判读,并将所调绘的内容及相关量测的数据用红笔标注在图纸上,做到图面整洁、易读,字迹清晰不乱,数据交代明确,综合取舍合理。一般补测内容直接清绘在线划图上,各类补测要素要有足够的定位数据,能准确的进行内业数据图形编辑；大面积补测的内容应在外业形成图形数据并编辑后提供给内业。在清绘或编辑时要遵循线状要素连通、面状要素封闭的数据要求。建筑区不绘等高线,但保持一定密度选择重要地物注记高程点。等高线遇地物时断开。植被均按实际范围测绘其边界,并配值相应的植被符号。地形图地理名称调查注记地名、道路、山名以县人民政府批准的名称为准。高程点注记:高程点按小数点后2位注记,同时注记点位。数据输出:地理信息工作站基础平台可以根据需要输出国家相关标准的DWG图形文件、SHP地理信息文件以及制图文件。

2.5大比例尺地形图制作

将OSGB格式的三维实景模型恢复到EPS软件中，利用EPS软件中的三维采集功能，对模型进行数字线划图采集。采集房屋主要利用五点房命令，在采集完，并对房屋的属性进行完善；采集高程直接基于模型上打点，对裸露地形，给出范围线，设置高程点密度，进行高程点自动提取；采集平面位置可基于正射影像采集；采集等高线通过淹没的方式进行。对有房檐的房屋，直接在EPS软件中进行屋檐改正，较虚拟立体像对采集地形图，大量减少了外业调绘工作。对于模型拉花导致无法精准采集的点位，可通过空三成果，进行立体像对采集，对于模型上无法辨别的地物以及独立地物属性，需通过外业补测与调绘，并对外业成果进行编辑，得到最终的地形图成果。

结语

综上所述，随着现代化建设发展不断加快，无人机测绘改进了传统测绘技术中的弊端，更加适应建筑工程测绘中的各项高标准要求。随着信息化技术、自动化技术的进一步发展，无人机测绘技术应用能够满足大比例尺测绘下复杂条件要求，提高测绘的准确性、全面性。

参考文献

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[2]颜亚弟,龙宝成.现阶段无人机测绘在大比例尺地形图测绘中的应用[J].建筑工程技术与设计,2020(26):602.

[3]马力鹤,朱彦博.无人机测绘在水利大比例尺地形图测绘中的应用[J].科学技术创新,2020(27):134-136.