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关于无人机摄影测量技术在数字化地形测量的运用分析

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  摘 要:随着科学技术的进步,无人机摄影测量技术开始广泛地应用于数字化地形测量中,文章通过对无人机测量系统组成的介绍,详细阐述分析了无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用,包括控制点的布设、空中三角的测量、内业数字化测图(DLG)制作等。
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  关键词:无人机摄影;数字化;地形测量
  1 无人机摄影测量系统的组成
  目前,我国在小比例、大比例尺数字化地形测量过程中,局限于航空摄影技术的不完善、航拍手续复杂、拍摄成本较高、拍摄耗时巨大,实际的经济效益并不理想,而采用传统的地形测量技术又很难在较短的时间完成全部地形的测量。最近发展的无人机摄影技术,具有巨大的应用潜力。无人机拍摄系统操作简单、耗时周期短、拍摄效率高,而且能够快速到达任意拍摄位置进行拍摄,配合计算机技术能够快速地完成拍摄成像、测量任务,能够极大地缩短测量周期,提高测量效率。
  目前的无人机摄影测量系统一般包括软件与硬件两个基本部分,其中硬件部分包括无人机、机载和监控三个系统,其中的软件系统负责拍摄航线设?、飞行控制、远程监控、航空摄影检查及数据预处理工作,而且能够避免无人机在飞行拍摄过程中出现的姿态不稳定的问题。无人机摄影测量系统中的飞行平台使用高分辨率的遥感设备作为拍摄的主要部分,主要拍摄目标为低空高分辨率数据,从而高效准确的完成对地形数据的收集以及处理。无人机摄影测量技术主要使用一种通过摄影光束的交点确定地面点位的测量方式,这种测量技术首先要确定投影光束,此外,还需要其他外方位元素,包括三个线元素及三个角元素。传统的通过控制点与空三加密反求光束的外方位因素地形摄影测量已经不能完全满足实际地形测量的需求,且在实际建设过程中发现,现有的地形测量资料与实际建设经验有一定差异,极大影响了土地资源的利用效率。所以,加快发展无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用,对于促进我国经济发展与社会主义建设具有十分重要的意义。
  2 无人机摄影测量技术在数字化地形测量中的应用
  2.1 航摄测量测图的原理
  无人机摄影测量技术的基本原理是利用地面上的固有地形、地物确定三维坐标并且记录其性质,然后将信息传输至计算机中,通过计算机技术,配合绘图系统对收集的数据进行处理,最后输出显示与地形相同的地形图。无人机航空摄影单像片利用中心投影的透视变换技术,而立体测图主要是利用投影的几何反转技术。
  2.2 无人机航空摄影
  2.2.1 航线设计。无人机在进行航空摄影过程中,航线设计应该分段设置在六个平高点位置。航线的首位两个控制点应该设置在像主点的连线上,而且要与方向线垂直,一般最大不能偏离半条基线。上下对点设置在同一立体相对内。航线中的中间控制点要设置在首位控制点连线的中间位置,最大不能两侧偏离超过一条基线,尽量确保其中一个控制点位于中线位置,尽量避免两个控制点都偏离中线的情况的出现,而且尽量不要两个控制点偏离中线的一侧,即使出现偏离,尽量保证偏离不要超过一条基线。航线的设计要以摄影区域的划分、范围的大小以及分区的平均基准为基础。避免摄影过程中区域高差过大,尽量维持在航高的六分之一范围之内,确保测量区域之内有一定重叠,从而便于地形测量。
  2.2.2 航空摄影。在进行无人机摄影过程中,地形尽量选择地表植被覆盖少或覆盖对地形不会造成影响的位置,拍摄尽量选择天气晴朗,可见度比较高,尽量避免在云雾、风沙等恶劣气候条件下的拍摄,此外要依据拍摄地形的不同,依照拍摄要求的太阳高度角,进行拍摄。
  2.3 无人机摄影测量像控点的布设
  2.3.1 区域网布点。平高点依据局域网完成布设,区域网内依照航线方向设置四条基线,在一些复杂地形可以设置六条基线,宽度为两条航线。
  2.3.2 像片控制点测量。像控点测量一般使用D、E级的GPS控制点作为起算点和检测点,利用天宝R8GNSS接收机及控制手簿接入FJCORS网络RTK系统,并且利用网络RTK技术进行像控点测量。(1)网络RTK测量流动站要求在CORS的接收范围内操作,进行实时数据与中心控制站之间的数据传输。(2)通过测量手簿设置流动站设点测量像控点的具体操作参数。(3)网络RTK测量流动站工作情况正常。(4)测量首先初始化仪器,获得固定解,如果未能获得,应该将仪器的网络断开,再次对仪器进行初始化。(5)测量观测次数为三次,对每次得到的观测数据要进行确认与检核。
  2.4 无人机摄影测量测图的方法
  目前的无人机摄影测量一般有三种不同的方法,分别为综合法、全能法与分工法,其中综合法主要是用于对大面积平坦土地的测量,为单张像片测图,结合使用摄影测量与平板仪测量技术,综合法利用平板仪能够确定地面的高程以及等高线,通过得到的无人机摄影像片获得地面的详细地形情况。全能法一般用于山地地形的测量,通过使用立体测图仪,能够得到微小型的地面地形的结构模型,通过得到的微小型的地面模型就能够获得地面的小关系平面位置、高程等数据,最终获得该地区的地形图。分工法一般在丘陵地区进行使用,基本原理是利用平面位置与高程分求的原则进行测量,与全能法相似,也是利用立体测图仪获得地形的数据,从而确定最终的地形图。
  2.5 空中三角测量
  无人机摄影技术中的空中三角测量主要用来确定以及纠正定向点与标记点的位置,包括测量过程中需要的一起元素数据等,在进行空中三角测量之前需要进行必要的材料以及设备的准备,才能更好地完成对定向点以及标记点的确定。
  2.6 内业数字化测图(DLG)制作
  无人机摄影在数字化地形测量过程主要步骤为航空摄影测量空三加密,包括外业与内业两个部分,外业主要负责像片控制点的测量、照片的调绘以及地形图的综合测量。内业主要通过相片上的控制点,通过空中三角测量技术,确定地形的控制点、高程、坐标等数据。在进行测量过程中,仪器的测绘过程中要注意也已经完成的地形图完成接边,每一幅地形图的完成,都要经过仔细检查以及确认才能从仪器上取下,最终完成地形图的测量任务。
  3 结束语
  随着无人机摄影技术的不断发展与应用,以无人机摄影技术为前提的测量技术也得到了巨大发展,发挥出巨大的应用潜力,而以无人机摄影测量技术为基础的数字化地形测量也成为可能,虽然目前无人机摄影测量技术在发展过程中还存在一些不足,但是我们有理由相信,随着无人机摄影测量技术以及相关软件的不断完善与配套硬件系统的不断发展强化,其应用前景十分乐观,对于改变传统地形测量,实现数字化地形测量具有重大的意义。
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  作者简介:徐灿(1983,09-),女,籍贯:湖南长沙,职称:助理工程师,学历:专科,研究方向:航测遥感与测量。

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