无人机低空摄影在地形图测绘中的应用研究

(整期优先)网络出版时间:2023-12-09
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无人机低空摄影在地形图测绘中的应用研究

唐建 

新疆建筑设计研究院有限公司

摘要:本研究探讨了无人机低空摄影在地形图测绘中的应用。随着科技的不断进步,无人机技术的发展为地形图测绘领域带来了新的可行性方法。无人机的灵活性、低成本以及高分辨率的传感器使其成为一种极具潜力的地形图测绘工具。本文通过详细分析无人机低空摄影技术的优势以及在地形图测绘中的应用案例,强调了其在测绘领域中的巨大潜力。

关键词:无人机,低空摄影,地形图测绘,高分辨率,地理信息系统

引言:

地形图是地理信息系统(GIS)和土地规划领域的重要组成部分,它们为地理空间数据的分析、规划和管理提供了重要的基础。然而,传统的地形图制作通常需要大规模的测绘工程,涉及高昂的成本和复杂的数据采集过程。随着科技的不断进步,特别是无人机技术的快速发展,地形图测绘领域正经历着革命性的变革。传统地形图制作通常依赖于航空摄影和卫星遥感技术,这些方法在一定程度上受到了天气条件、航拍周期和数据分辨率等因素的制约。而无人机低空摄影技术的引入为地形图测绘提供了新的解决方案。无人机具有灵活性和可定制性,可以根据具体任务的需求轻松调整飞行高度和轨迹,以获取高分辨率的影像数据。这为地形图制作带来了更高的精度和更丰富的信息。

一、旋翼无人机低空摄影的工作流程

旋翼无人机低空摄影工作流程是地形图测绘中关键的环节,它决定了数据采集的质量和最终地形图的精度。在开始任务之前,需要制定详细的飞行计划。这包括选择适当的飞行高度、飞行路径和拍摄时间,以确保最佳的数据采集效果。飞行计划还要考虑天气条件和飞行区域的地形。在飞行前,必须确保无人机和相关设备都处于良好状态。这包括检查和校准传感器、相机和无人机的各个部件。数据记录设备也需要准备好以进行数据存储。一旦准备就绪,无人机可以进行飞行任务。飞行过程需要依照先前制定的飞行计划,确保飞机沿着规定的路径飞行,采集图像数据。旋翼无人机配备了高分辨率相机或传感器,这些设备可以拍摄地表的图像或数据。在飞行过程中,无人机会按照设定的间隔自动拍摄图像,同时记录相应的位置和姿态信息。在飞行过程中,操作人员通常可以通过实时监控系统观察拍摄的图像,以确保图像质量和飞行路径的准确性。这允许在需要时进行调整。飞行完成后,采集到的数据需要传输到地面站或数据中心进行存储和后续处理。这通常涉及数据传输设备和高速网络连接。采集到的图像数据需要进行处理和图像重建,以创建地形图。这包括图像校正、拼接和地理定位,以确保地形图的准确性[1]。最终的地形图可以通过合并和分析处理后的数据,生成高质量的地形图。这个地形图可以用于各种地理信息应用,如土地规划、资源管理和环境监测。旋翼无人机低空摄影工作流程是一个高度专业化和协同的过程,它需要无人机操作员、数据处理人员和地形测绘专家的协同工作。正确执行这个工作流程可以实现高质量、高分辨率的地形图,有助于更好地理解地表的地理特征和地貌。

二、外业、内业工作的重点

在旋翼无人机低空摄影工作流程中,外业和内业工作都有其独特的重点和任务。外业工作的关键是建立详细的飞行计划。这包括布设符合精度要求的像控点、选择适当的飞行高度、速度和航线,确保充分覆盖测绘区域的同时有一定的重叠度。飞行计划也需要考虑天气条件、飞行许可证和安全飞行规定。外业工作需要确保无人机和相关设备的状态良好,传感器和相机都经过校准和检查。飞行员必须了解飞行器的状态、电池寿命和传感器性能。外业工作的核心是飞行操作。飞行员必须严格按照飞行计划进行操作,监控无人机的状态、传感器的性能和飞行路径的准确性。飞行操作中,飞行员和操作人员需要通过实时监控系统实时查看采集到的图像和传感器数据。这有助于发现潜在问题,如图像质量不佳或数据丢失。外业工作需要高度的风险管理和安全意识。飞行员必须了解飞行区域的障碍物、天气变化和飞行规定,以确保安全的飞行操作。

内业工作的重点是将采集到的数据传输到地面站或数据中心,然后进行安全存储。这需要高速的数据传输设备和网络连接[2]。一旦数据传输完成,内业工作的首要任务是数据处理和图像校正。这包括将采集到的图像进行校正,以确保地理定位和坐标精度。内业工作涉及将采集到的图像拼接成一个完整的图像,以覆盖整个测绘区域。这需要精细的图像拼接软件和算法。内业工作的一部分是将地形图数据集成到GIS中,以便进行地理信息分析和空间规划。最终的任务是生成地形图,这需要将校正后的图像数据与地理数据集成在一起。地形图的生成需要高度精确的数据处理和算法。外业和内业工作的协同是确保地形图测绘成功的关键。外业工作的准备和执行直接影响到内业工作的数据质量和处理效率。因此,在整个工作流程中,沟通和协作非常重要,以确保最终生成高质量的地形图。

三、无人机在地形图测绘中的应用

无人机可以用于创建高分辨率的土地地形图,帮助城市规划和土地管理部门进行土地利用规划和土地评估。这对于城市建设和土地规划非常重要。无人机可以用于监测森林、湖泊、河流和其他自然资源的变化。这有助于保护和管理自然资源,预防野火和水资源管理。无人机可以用于农田的监测和管理,包括土壤质量评估、作物健康监测、灌溉规划等。这有助于提高农业生产效率。无人机可用于监测环境变化,包括气候变化、水质监测、野生动植物迁徙和栖息地评估。这有助于保护生态系统和野生动植物。无人机可以用于监测和评估基础设施,如道路、桥梁、建筑物等的状态,以进行维护和规划。无人机在自然灾害后,如飓风、地震或洪水中,可以用于监测损害程度和执行救援任务。它们提供了重要的实时信息,有助于协助救援工作。无人机可用于考古学研究,帮助考古学家发现潜在的考古遗迹。此外,它们还用于文化遗产的保护和监测。

四、无人机测图精度分析

为了提高测绘精度,需要在测绘区域内布置足够多的地面控制点,这些点必须具有已知的坐标,以便用来校正和校准无人机采集的图像[3]。地面控制点的密度和准确性将直接影响测绘精度。飞行高度和相机设置会影响地面分辨率,这直接影响图像的清晰度和测绘精度。通常情况下,更高的飞行高度会导致较低的地面分辨率,但需要考虑到所需的精度和覆盖范围。大比例尺地形图对精度的要求更高。在图像处理和校正过程中,需要使用更高级别的软件和算法,以确保图像的地理定位和坐标精度。为了确定无人机测绘的精度是否满足1:500地形图的要求,需要进行精度评估和验证。这包括比对采集的数据与地理信息系统(GIS)中已有的地理数据,以检查其准确性。无人机采集的图像需要进行后期处理和校正,包括图像校正、地理校准、重叠区域处理等。这些步骤对于提高地图的精度至关重要。飞行路径的规划也会影响测绘精度。合理的飞行路径规划可以确保数据的均匀覆盖和最小的图像重叠,以减少后期处理的复杂性。无人机测绘可以在一定程度上满足1:500地形图的要求,但精度分析和后期处理工作至关重要。对于大比例尺地形图,精确的地面控制点、精细的飞行高度和相机设置、高级的数据处理技术以及精度评估都是确保测绘精度的关键因素。

总结:

通过分析无人机低空摄影的技术特点和相关应用案例,我们揭示了其在地形图测绘中的巨大潜力,为未来地理信息领域的研究和实践提供有力支持。

参考文献:

[1]李玉成, and 邹晓列. "无人机低空摄影在地形图测绘中的应用及精度分析." 中国水利 6(2021):3.

[2]武文雄.无人机低空摄影在大比例尺地形图测绘中的应用研究[J].中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术, 2022(11):3.

[3]亢保军, 王頔, and 雷力军. "无人机低空摄影在大比例尺地形测图中的应用研究." 港工技术 56.3(2023):5.