低空无人机在测绘工程中的应用研究

低空无人机在测绘工程中的应用研究

陈晓欣

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摘要：作为一种新兴的科学技术，低空无人机的操控其站在科技的前沿，在军事与民用领域中极其广泛，主要是因为其本身制造成本低、人员操控安全性高、有着极高的性价比，也可超视距飞行，这些优势在目前的地质勘测和测绘航测等方面已经有着十分优秀的应用效果。

关键词：低空无人机；航摄遥感测绘技术；测绘领域

引言

我国目前各个地区的地势变化速度与趋势也在城市化建设步伐逐渐加快的基础上快速提升，这也为相关的测试工作造成极大的难度。且随着现代化科技持续创新发展，各种高新科技的应用也为测绘行业提出了更高的要求。随着测绘需求逐渐复杂化与多样化，传统测绘技术已无法保障测绘质量与效率，现代化测绘技术在社会中受到广泛关注，该技术的支持与使用，不仅有效提升测绘测量的效率和质量，减少时间与资金的成本支出，同时也可更加直观的观察测量结果，保障结果的精准与可靠性，进而全面提升整体测绘工作的质量。

1.低空无人机系统组成

无人机遥感系统一般由飞行平台、飞行控制系统、地面监控系统、任务设备、数据传输系统、发射与回收系统及地面保障装备等7部分组成。飞行平台就是无人机本身，是搭载导航设备、数码像机等仪器的载体。为了满足航空摄影测量任务的需要，无人机的载荷一般要大于2kg，飞行速度一般要达到60～160km/h，飞行时间不低于2h，并且能够抵御4级风的影响。飞行控制系统是飞机上导航、定位和自主飞行控制的设备，飞行控制系统的重量应小于2kg。机载飞行控制系统主要包括飞控板、惯性导航系统、GNSS接收机、气压传感器、空速传感器、转速传感器等部件。系统除具备GNSS/INS惯性导航功能外，为适应摄影测量的需要，飞行姿态控制横滚角、俯仰角、航向角误差均应小于±3°，航迹控制精度中偏航距、航高均差应小于±20m，直线段航迹弯曲度应小于±5°。由于无人机平台普遍配备GNSS惯性导航系统，POS辅助空中摄影测量在无人机低空摄影测量中得到了广泛应用。地面监控系统主要由无线电遥控器、ＲC接收机、监控计算机以及配套的相关软件等组成。虽然无人机可以在自动驾驶仪的控制线进行自动作业，但时常会出现发动机故障、飞机失速等问题，需要地面监控系统时刻监控无人机的飞行状态。

任务设备是无人机进行航测作业系统所使用的数码像机以及其控制系统等相关的附设装置，主要用于获取和存储航空影像。数码像机应具备电子快门，且快门速度要快于1/1000s。数码像机的控制系统要具备等时差、等间距、定点曝光控制功能，并能记录数码像机曝光时刻像机投影中心的位置以及姿态信息。数码像机控制系统可以单独配置，也可与飞行控制系统集成。

数据传输系统由机载部分和地面部分组成，用于地面监控系统与无人机之间的通信。在空地之间没有遮挡的情况下，通信有效距离需大于10km。发射系统负责通过滑跑或者弹射的方式放飞无人机。采用滑跑起飞方式，一般要求在60～100m距离内达到起飞速度并升空。在回收方面，如果条件允许，无人机可采用滑行回收系统。如果场地不允许，无人机可采用弹射起飞、伞降回收的方式作业。地面保障设备包括运输保障设备和航摄作业保障设备。运输保障设备是指用于无人机航摄系统设备和部件运输保障的包装运输箱，系统主要设备和易损部件应配备专用包装运输箱。航摄作业保障设备主要是指野外装备，这是保障无人机航摄工作正常开展所需的设备器材，其种类和数量根据实际需求确定。

2.低空无人机航摄技术的实例应用

2.1工程概况

某工程为某城市机场高速专线两侧景观优化治理项目，为确保景观优化项目能够高效顺利开展，需要使用无人机航摄技术对高速沿线区域地理信息进行详细测绘，以得到精准真实的地貌地势信息，同时对征地拆迁范围与居民建筑房屋面积等信息进行详细调查分析，为景观优化工程提供真实有效的数据资料参考。该项目正式开展前使用无人机航摄技术进行地质勘探，形成DLG、DOM以及DEM数据信息，从而得到分辨率较高、清晰度良好的摄影资料。整个勘查区域划分成A、B、C、D、E五个地块。随后将B地块划分成六个小地块，将C地块划分成两个小地块，将E地块划分成三个小地块。

2.2布设像控点及测量

基于本工程的要求与需求，决定选择区域网布设的形式来实现平面像控点的设置，在此期间需要明确的是，所有平面控制点位都选用平均高度控制点位的形式，随后需要详细分析航摄资料所具备的相关条件与其成图的实际精度要求，以此对各像片控制点位之间的跨度、区域、网络大小等数据精确制定。基于本次项目需求与航摄要求，最终选用一对平高点、两条飞行航线以及四条基线，设置4个控制点位处于两条航线与区域边缘交叉重叠位置，且需要对其控制点的相关范围进行科学处理，布置在像片的中间位置。

2.3空中三角测量精度指标

低空无人机航摄技术在实际测绘工作中会结合前后方交会从而计算得出加密点或特殊点位的空间坐标，即空三测量法。实际测绘工作中空三测量的点位精确度极其重要，会直接影响到整个测绘工程。空三测量的精确度能够从以下两方面进行分析：首先，从理论角度分析，加密点坐标改正数值能够看成为随机误差数值，依据最小二乘平差函数关系以及协方差公式能够计算出坐标改正数值方差与协方差矩阵关系，从而有效计算出平差精确度。其次，可以将地面测绘数值看成为真实坐标值，通过分析地面控制点位平差坐标值与地面测绘坐标值之间的数值关系，用多余控制点位坐标值代替检查点位与多余观测值，能够有效计算出平差精确度。理论精度主要是指观测对象存在的误差分布规律，误差分布情况会受到区域网的实际网状结构与观测精度等因素影响，通过分许研究误差分布规律能够对控制点位以及网状结构等进行合理科学设计。在空三测量中常使用实际精度数值表示更加贴合事实的测绘数据，从理论角度来讲，当测绘数据不会受到不必要误差影响时，可以将实际精度等同于理论精度。但是在实际测绘工作中实际精度与理论精度会存在一定的数据误差，而不同的精度会导致平差模型以及观测值出现不同类型的误差。因此，测量平差过程中观测多余控制点十分重要。

2.4处理影像数据

现阶段我国测绘领域常用影像信息处理系统主要包括DPGrid与Pixel-Grid，结合无人机航摄过程中采集到的大量影像资料，使用专业数据处理软件对相关参数进行专业处理，从而制作DEM与DOM。在实际工作开展期间，首先需要利用智能数字系统对测绘数据进行匹配处理，同时结合匹配技术获得三维DSM点云信息数据，随后对相关数据分类归纳与计算处理。但是需要注意的是，测绘结果会受到部分干扰信息影响，因此需要将这些干扰数据剔除后计算DTM，内插获取规格的格网DEM成果。最后对整个信息资料进行检查编辑，提升整个测绘成果的质量与精度。

结语

综上所述，基于上述对无人机的相关特点与优势的分析，本文基于实际测绘工程应用案例探讨低空无人航摄遥感测绘技术的实际应用。本身无人机其具备成本低、灵活性高、精度高等优势，可实现超低空航摄作业，在航摄获得相关地质数据之后，可将其传入到计算机中进行进一步处理，进而提升整个测绘过程与结果的精度与可靠性。基于目前测绘领域的高速发展，低空无人机具有着极大的推广价值。此时则需要相关技术人员，基于目前测绘工程现状分析，不断研究新的航摄技术，不断提升影像精度与数据的准确性，也为测绘工程的未来发展奠定了重要的技术基础。

参考文献

[1]张碧林,王文达.低空无人机航摄遥感测绘技术在测绘领域的应用分析[J].2021(2015-9):80.

[2]巨广宏,申恩昌,薛有平,等.工程勘测新技术及工程应用[J].西北水电,2020(2):7.