无人机低空摄影论文（共7篇）
无人机低空摄影论文 篇1
1 引言
土地是人们正常生产生活所需重要资源之一, 伴随社会发展与进步, 人们对土地资源需求越来越大。我国的土地资源广阔, 但是因为人口众多, 人均占有土地量非常少, 对我国来说, 如何合理运用有限土地更加紧迫, 要合理科学的运用土地, 必须做好土地整治工作。伴随众多土地整治工作的开展, 项目工程监理部门要对土地整治效果和是否满足设计要求进行评定, 评定工作展开要利用全面、准确的工程量图文资料及数据信息, 而低空无人机航空摄影测量可以在土地整治验收中提供资料, 该测量技术是飞机遥感、卫星遥感后逐渐发展的航空遥感技术, 它是一种能够快速响应且具有较高精度的航测技术。
2 低空无人机航空摄影测量系统的特征和构成
2.1 系统特征
该系统集成了高空摄影、遥感、遥控、航空摄影测量技术, 目前, 它在交通、国土、防灾减灾、规划等领域都得到了广泛运用, 图具有低成本性、便利性、多功能性的特征。土地整治涉及的范围非常广, 尤其是在山地、丘陵、坡地都有的地形地貌较复杂地区, 运用无人机测量可以有效节约大量物力、财力与人力, 无人机测量系统的运行成本与维护成本也很低;低空无人机摄影测量系统的单体体积非常小、集成度很高, 普通车辆都可以实现转移或运输, 无人机收回和起降对场地要求也不高, 无人机可以通过平坝、公路等进行滑降、滑起操作, 如果是旋翼机, 在很小的平整场地就能够进行工作;低空无人机可以给气象传感器、摄像系统等提供良好搭载平台, 既能对土地整治区域进行测量, 也能够监测土地的使用动态, 充分展现其多功能性。另外, 低空无人机测量可以获得高重叠度影像, 其飞行也不容易受天气环境影响。
2.2 系统构成
低空无人机摄影测量系统的飞行平台是无人机, 搭载民用相机, 以地面控制系统为基础, 操控航行轨迹监控、规划, 利用飞行控制系统自动拍摄较高分辨率的遥感影像, 进而获得目标地理信息。该测量系统通常由地面系统、飞行控制系统、数据处理系统和航拍系统组成。地面控制系统负责在无人机启动器规划目标航线, 在无人机飞行时由地面站的控制软件显示飞行区航迹、地图、飞行姿态及飞行参数等, 并结合实际情况, 利用控制系统调整目标航线与航路点, 实时监视无人机的飞行状态。飞行控制系统可以说是无人机系统的控制中心, 该系统利用GPS定位信号来分析无人机速度、位置及高度等, 获取地面控制信息, 从而全面自动控制无人机, 根据预先设定的航线自由飞行。数据处理系统利用影像处理软件拼接航片、给坐标信息下定义、制作数字地面模型。航拍系统能够结合实际运用需求, 搭载数值航摄仪、单反数码相机等航拍系统, 进而满足各种精度和类型的航拍要求。
3 技术设计
3.1 技术设计的依据
技术设计的依据有: (CJJ/T73-2010) 卫星定位城市测量规范、 (GB/T 24356-2009) 测绘成果质量检查与验收、 (CJ J/T8-2011) 城市测量规范、 (GB/T17160-2008) 1:500、1:1000、1:2000地形图数字化规范、GB/T7930-2008) 1:500, 1:1000, 1:2000地形图航空摄影测量内业规范等。
3.2 控制测量
控制测量含有像片控制测量、基础控制测量。关于像控点的精度, 邻近像控点基础控制点平面位置误差要小于0.1米, 高程误差要小于0.1米。像控点要全部设成平高点, 根据航线一一进行设置, 航向里间隔4条基线设置, 如果所测区域不规整, 一定要顺着测量区域的边界间隔几百米就设置平高点。像控点目标影像需要十分清晰, 容易进行立体量测与判断, 高程控制点的点位目标需要设置高程起伏小的位置, 最好是平山头。像控点测量需要运用GPS实时动态定位法, 具体实施测量时需要遵循基本要求, 即:点位上方不能有遮掩物, 适合观测GPS;观测过程中, 有效卫星数要多于5, 观测次数是3次, 观测时间为3秒, 并运用支杆观测。
3.3 空三测量和采集地形图数据
空三测量全称是空中三角测量, 空中三角测量时结合野外测定少量控制点, 加密室内控制点, 从而获得加密点高程与平面位置。利用空三加密是为减轻野外测量工作量, 给地形测图提供定向控制点。空中三角加密一定要改正像片畸变, 而后自动转点、计算区域网平差、控制点, 如果区域网平差得到的精度指标满足设计和规范要求, 就能够形成空中三角加密的成果。
计算完区域网平差后, 连接点和附近野外控制点平面误差要小于0.35米。空中三角形测量后需要运用测量结果作立体模型, 进而能够根据有关成图要求采集地形地物立体信息, 各像测图范围要在控制点范围内, 采集地形地物要素根据编码分层管理, 划分种类代码根据国家有关标准。
3.4 外业成图和形成摄影像图
打印立体收集地形图数据至实地调查、检查、核实。室内外修正调绘地图, 如果有运用航测法不能监测的区域, 需要完善实测方法, 对其进行不断的完善与修改, 最终形成1:2000比例的地形图。运用已制成的数字化地形图生成测区高程模型影响常会由于飞机倾斜或地面起伏而产生失真, 将中心投影变为垂直投影, 获得正摄影像, 再经过匀光、检查、调色等形成标准正摄影像图。
3.5 内业数据处理
内业数据处理是运用PIX4UAV图形处理软件拼接外业航空测量所得的影像成果, 在较为完整的影像图中寻找布置像控点, 运用外业测量像控点高程值和做掉对图形几何作纠正、立体测图、电算加密及图件修饰, 进而输出正摄影像图。以完成项目区土地运用调查工作为基础, 再完成土地运用情况编制工作, 给土地整治设计提供前期的成果。
4 结束语
土地整治竣工验收中运用无人机航空测量系统可以高效、迅速的提供全方位、高可靠性、高精度的图文资料及工程量数据信息, 使监理部门清楚的了解竣工土地整治项目, 从而判断土地整治是否满足预期设计要求, 判断其能够按量按质完成, 维护人民的切身利益。
参考文献
[1]吴正鹏, 王琳, 奚歌.无人机低空遥感系统在土地复垦中的应用[J].城市勘测, 2013.
[2]吴涛.低空无人机航空摄影测量技术在土地整治项目规划设计阶段的运用[J].安徽农业科学, 2015.
[3]张甲龙.低空无人机在测绘中的应用[J].河南科技, 2015.
无人机低空摄影论文 篇2
无人机低空摄影测量作为摄影测量不仅能够解决传统工程测量周期长、数字地图不直观的不足, 还大大减轻了野外技术人员劳动强度, 提高测绘工作效率。在小区域小范围内应用无人机航空遥感是解决工程用图的有效手段和便捷途径。
无人机低空摄影测量系统主要包括两个部分, 即遥感平台与传感器, 遥感平台就是无人机, 传感器则指数码摄影相机。工程使用的无人机是由西北工业大学、中国航空工业集团等机构共同研制, 目前使用的无人机体形都很小, 其运作多使用计算机进行操作, 巡航速度能够达到98km/h, 飞行海拔能够达到3600m, 最大承载力为6kg, 空中续航时间为3h左右, 在飞行的过程中, 能够抵抗13m/s的风力, 起飞滑跑距离能够控制在60m之内, 降落不受阻拦滑跑距离为150m, 如果没有电磁波的干扰, 通讯距离能够达到15km。无人机中使用的数码相机为佳能EOS450D Mark II, 畸变参数为1.856600e-005, 相片长度是2848mm, 相片宽度是4272mm。
2 无人机低空摄影测量在电力工程中的应用方向
2.1 输电线路规划
无人机低空摄影测量技术在输电线路规划中有着广泛的应用。在输电线路规划中, 利用无人机对规划区域进行测绘, 能够大大减小地面环境对勘测的不良影响, 从而获得准确度较高的参考数据。然后对获取到的数据进行分析, 并结合相关的影响因素, 进而能够利用有限的通道资源, 协调项目关系, 从而获得高效的区域规划效果。这方面突出的案例是重庆电力设计院在2011年5月18日利用无人机低空摄影测量技术, 在短短的15天内, 完成了重庆220千伏张秀线的数字航空摄影任务。这一事件标志着无人机低空摄影测量技术用于输电线路规划设计的成功, 该技术能够大大优化线路, 从而达到节约投资的目的。
2.2 地形图测量
无人机低空摄影测量技术应用于地形图测量领域, 能够达到减少测绘强度, 提高工作效率的目的。无人机技术一般适用于对小比例尺 (成图比例尺小于1:2000) 的地形图进行测量。但是在电网工程的设计中, 可通过增加野外控制车的途径来获取较大的比例尺的地形图测绘信息。从而能够获得准确的测绘数据, 为站址的布置提供详细的资料。
2.3 在常规线路巡查上的应用
巡线维护在电力系统维护中具有重要的地位, 巡线维护的现代化也越来越得到重视。在这一领域, 英国威尔士大学和英国EA电力咨询公司是最早利用无人机进行巡线的, 该项技术在欧美已得到了广泛的应用。我国利用无人机进行常规线路巡查技术起步较晚, 在80年代才开始进行此项技术的应用, 但是发展很快, 显示出了强劲的发展势头。
2.4 灾难应急响应
无人机低空摄影测量技术在灾难应急响应中的应用具有巨大的现实意义。我国洪涝、高温和严寒等极端天气频发, 这些极端气候会对电力基础设施造成极大的威胁, 因此采用先进的技术对电力设施进行及时的检测是十分有必要的。
这方面的突出应用实例是2011年初, 我国南方遭遇了罕见的冰冻灾害, 很多基础电力设施遭到破坏。为了快速获得第一手的资料, 湖南电力公司试研院和国家电网公司, 利用无人机技术进行了高空近距离观冰, 从而完成了线路覆冰观测任务。
3 测量区摄影计划与规划方式
在利用无人机进行测量时, 需要确定好测量的范围, 并设计好测量过程中无人机飞行与降落位置, 这样才能够保证摄影图像的清晰度与测量数据的准确性。
3.1 测量区范围的划定
在进行测量时, 首先要划分好测量区域, 一般情况下, 测量范围从上空俯瞰会呈现出一个矩形的状态, 要将四个角坐标控制在标准范围内, 这样有利于无人机的操控。
3.2 航带规划的设计
无人机能够在空中连续飞行3小时, 这有着严格的时间限制, 因此, 在进行拍摄时, 就需要事先规划好飞行的航带, 在这种情况下, 就可以在无人机起降位置设计相应的飞行架次, 并在测量区域中规划好相应的飞行航带。在一架无人机完成规划的飞行之后, 即可返回, 另外一架飞行机再完成剩余的工作, 这样就能够全面的获取到测区影像资料。
3.3 测量区域控制网建立方式
在无人机飞行的过程中, 必须要在测量区域中建立好控制网, 控制网的大小依据测量区域的大小建立, 同时, 还要设置好相应的GPS控制点, 并保证点位分布的均匀性, 根据相应的要求设置好坐标系, 以便保证各个控制点均可以获取到最为准确的位置, 这样也便于后续的图像处理。
3.4 测量区外控点现场调控方式
将无人机航空摄影测量技术应用在电力工程中时, 必须要保证其测量数据与影响的准确性与可靠性, 为此, 一般使用野外布置像控点方式, 在选择控制点时, 需要将影像清晰作为首要原则, 这样也能够帮助工作人员更好的判断测量的方位, 此外, 在布置外控制点时, 要保证控制点设置的均匀性, 这样拍摄到的影像才不会存在瑕疵。
4 无人机低空摄影测量数据处理工作流程
4.1 影像数据处理流程
影像数据处理流程图如图1所示。
4.2 相机畸变差改正、系统误差改正
光学镜头容易使图像产生非线性畸变, 这种畸变会对计算机的视觉测量和三维效果带来不利的影响。而小像幅数码相机的光学畸变现象则更为严重, 较大的光学畸变差会导致整个像点网强度变低甚至自由网构建失败, 影响束发平差的收敛速度及成功率。因此对畸变差进行改正是十分有必要的。
未经处理的影像数据有摄影机的系统误差 (主点偏移) , 底片变形, 航摄飞机的系统误差, 大气折光误差, 地球曲率等系统误差等, 测图系统中的定位精度与空三精度相差较大。经过系统误差改正以后, 平面精度及高程精度都有较大提高, 因此测绘更大比例尺地形图才成为可能。
4.3 外业控制点文件与影像引入
程序能够将外业像片控制点和原始影像引入, 并能够实现对原始影像的畸变和主点的改正以及按飞行和航线重叠方向对影像的旋转。
4.4 交互编辑
首先在当前测区的四角人工量测4个外业控制点, 再调用空三计算, 点击预测控制点计算, 则可显示全测区的控制点, 点击预测控制点精确对准当前点, 程序可自动匹配其余影像上的当前点。
5 结语
综上, 将无人机低空摄影测量技术应用在电力工程测量中能够减少对人力、物力、财力的浪费, 也能够保证拍摄图像的客观性、真实性以及准确性, 能够快捷的获取到所需的图像, 有效的提升生产效率, 降低工作人员的劳动强度。此外, 采用该种方式进行拍摄也有着成本低廉、测量速度快的优势, 拍摄的图像也可以应用在不同的领域之中, 国内外的种种实践均表明, 无人机低空摄影测量技术是值得在电力工程中进行推广与使用的。
摘要：在我国经济水平的发展之下, 电力工程的建设水平也得到了迅速的提高, 电力工程建设力度越来越大, 除跨区域电网以及特高压电网之外, 大多数电厂、电网的规模都相对偏小, 因此, 其建设也有着工期紧、路径短的特征。为提高建设质量和建设效率, 优化工作方法, 一般需要进行摄影测量, 如果采用传统的拍摄手段, 不仅拍摄成本高、风险大, 手续也十分的繁杂, 而采用无人机低空摄影测量技术就能够很好的解决以上的问题。本文首先分析了无人机低空摄影测量在电力工程测量中的概念, 然后探讨了在电力工程中的应用方向, 最后详细阐述了测量区摄影计划与规划方式及数据处理流程的相关问题。
关键词：无人机,低空摄影测量,电力工程,航带规划,数据处理
参考文献
[1]孙朝阳, 郑彦春, 徐秀云.无人机航空摄影测量技术在风能开发勘测方面的应用[J].电力勘测设计, 2011 (05) .
无人机低空摄影论文 篇3
近年来,在地形图测量上运用了比较先进的数字航空摄影测量技术,在一些工程建设领域受到了广泛的研究。其特点在于:通过拍摄照片来获取所要调查区域整体信息,信息采集量大,时效性高;可提供大范围的地形测量结果;现场作业相对少,省时省力;以非接触的方式实现三维测量,特别适用于场地条件通行困难,或者传统测量技术实施困难的工程测量。
数字航空摄影测量又分为传统的载人机航空摄影测量和新型的无人机低空摄影测量。目前,对于高分辨率空间数据的获取渠道仍然局限于外界采购,例如国外遥感卫星影像、大飞机航拍等。现有的卫星遥感和航空遥感技术虽然能够获取大面积的地理信息,但因卫星受回归周期、高度等因素影响,遥感数据分辨率和时相难以保证;载人飞机受空域管制和气候等因素的影响较大,缺乏机动快速的能力,同时使用成本也比较高,在满足精细城市三维信息获取的要求方面存在一定不足。因此,不受场地条件制约,又有较高精度且不受航空管制的高效、低成本的无人机低空摄影测量技术具有广泛的应用领域和前景。
一、无人机摄影测量
1. 无人机航空摄影的作业流程
无人机摄影测量一般一个小组配备三人左右即可,航拍任务结束后对数据进行检查,合格后即可进行后续的数据处理工作。其作业流程如图1所示。
2. 无人机低空摄影测量的优缺点
UAV (Unmanned Air Vehicle,无人驾驶航空飞行器)遥感平台的出现为应急需求提供了一种新的技术途径。它可实现危险区域目标图像实时获取、空中侦察与目标搜索、环境监测、有毒污染地区空中监测等多种载人机无法完成或不易完成的任务。
它相对传统航测的优势体现在以下几个方面:
(1)精度上的优势。传统航空摄影测量精度比较低,精度一般在1m左右。无人机为低空飞行,飞行高度在50m～1000m,属于近景航空摄影测量,摄影测量精度达到了亚米级,精度范围在0.1～0.5m。
(2)实时性优势。无人机具有灵活机动的特点,受空中管制和气候的影响较小。
(3)天气和成本优势。无人机一般在云层下面作业,受天气影响小,不需要飞行员,且飞行设备和摄影设备比较便宜。
(4)灵活性和安全性。不要求专用起降场地,升空准备时间短、操作控制较容易;能够在对人生命恶劣环境下直接获取影像,即便是设备出现故障,发生坠机也无人身伤害。
(5)分辨率高、多角度。无人飞行器携带的高精度数码成像设备具备垂直或倾斜摄影的技术能力,不但能竖直拍摄获取平面影像,还能低空多角度摄影获取建筑物多面高分辨率纹理影像,这点弥补了卫星遥感和普通航空摄影获取城市建筑物时遇到的高层建筑遮挡问题。
同时,它相比传统的大飞机航空摄影测量也存在一些劣势:
(1)非专业相机。主要表现在相机存在镜头畸变、相机内参数稳定性差。
(2)获取影像像幅小、基高比小。小像幅立体作业不经济、基高比变小,解算精度受到影响。
(3)配套软件滞后。由于无人机摄影测量发展时间短,数据处理软件滞后,一般采用传统摄影测量软件进行处理,但作业效率极低,很多情况都无法获得需要的解算精度。
二、DP-UAV简介
针对无人机摄影测量非专业相机、像幅小、姿态不稳定、重叠度大等特点,苍穹公司自主研发了一套无人机摄影测量数据自动处理平台DP-UAV。它的基本功能如图2所示。
(1)特点及优势
系统采用特征匹配,适用于大偏角影像、大高差地区空三和DEM生成一体化,所有点参与光束法平差,每片像点5千至2万个,空间三角测量结果直接生成DEM,较传统空三增加了上百倍的观测值,系统具备更强的粗差检测能力自标定,不需要严格相机参数处理,自动化程度高,支持多核CPU。
(2)效率测试
采用不同地面类型无人机影像数据20套,每套数据像片数150-800张不等,航高500～800m,佳能400D相机,焦距24mm,像片大小3888×2592像素。
⊙运行环境,Intel4核CPU主频2.33GHz、内存3G。
⊙运行模式全自动批处理。
⊙平均处理速度每分钟2～3片。
⊙成果(彩色的三维点云、空三加密点、DEM、正射影像)。
三、实例分析
图3是用DP-UAV软件进行航测数据处理的成果,某地区338张像片,耗时147分钟,自动生成136万物方点,DEM和正射影像。
飞行区域大小6×4平方公里;获取方式:无人飞机,航高500m;使用相机:canon 450D;获取时间:某日上午;天气状况:晴朗;获取的影像:共1338张,15航带。
同时在现场实际布设控制点40多个,采用RTK进行测量,将测量坐标与无人机航测坐标进行对比,结果如表1所示。
通过表1数据对比可以看出,通过DP-UAV处理后的无人机摄影测量成果已经达到了高精度要求,满足地形图测量及一般工程测量的基本要求,验证了该软件应用于大比例尺航测数据处理的可行性。
传统的航空摄影测量数据处理一般处理数据的流程是:数据预处理、影像匹配、空三加密、数字地面模型以及正射影像的生成。尽管作业流程成熟,但是作业效率低,快速拼接的全景影像无精度不可量测。而且在数据处理过程中需要使用野外控制点并通过空三加密求解外方位元素,而野外控制点的测量历来是一项工作量大、作业成本高的测量过程,特别是在荒漠、森林、高山等困难地区更是如此。因此,尽量减少野外控制点数量,甚至实现无野外控制点定位一直是摄影测量的重要研究方向之一,苍穹公司自主研发的无人机摄影测量系统及影像处理软件DP-UAV很好地解决了这些问题。
四、结束语
无人机低空摄影测量系统具有实时性、全天候、低成本等技术优势,其所获得的高分辨率遥感数据可应用于多种领域,以快捷便利的方式获取野外影像数据,减轻野外作业劳动强度,提高生产效率,满足大比例尺地形图测量的需要。如:工程前期地形图的测绘,工程扩建补充地形图,线路终勘改线局部偏离航片的补充飞行等。在数据处理方面,DP-UAV系统弥补了无人机摄影测量在数据获取上的一些劣势,在数据处理上不仅有全自动的处理过程,同时使得数据处理精度得到大幅度的提高,满足实际工程需求。
无人机低空摄影论文 篇4
1 技术设计
1.1 技术依据
1.1.1 (CJJ/T8-2011) 城市测量规范。
1.1.2 (CJJ/T73-2010) 卫星定位城市测量规范。
1.1.3 (GB/T 20257.1-2007) 1:500、1:1000、1:2000地形图图式。
1.1.4 (GB/T 17160-2008) 1:500、1:1000、1:2000地形图数字化规范。
1.1.5 (GB/T 24356-2009) 测绘成果质量检查与验收。
1.1.6 (GB/T 7931-2008) 1:500, 1:1000, 1:2000地形图航空摄影测量外业规范。
1.1.7 (GB/T 7930-2008) 1:500, 1:1000, 1:2000地形图航空摄影测量内业规范。
1.1.8 (GB/T 23236-2009) 数字航空摄影测量空中三角测量规范。
1.1.9 (CH/Z 3001-2010) 无人机航摄安全作业基本要求。1.1.10 (CH/Z 3002-2010) 无人机航摄系统技术要求。
1.1.11 (CH/Z 3003-2010) 低空数字航空摄影测量内业规范。
1.1.12 (CH/Z 3004-2010) 低空数字航空摄影测量外业规范。1.1.13 CH/Z 3005-2010
1.1.13 (CH/Z 3005-2010) 低空数字航空摄影规范。
1.1.14 (GB/T 15967-2008) 1:500, 1:1000, 1:2000地形图航空摄影测量数字化测图规范。
1.2 基本要求
1.2.1 系统基准
平面采用1980西安坐标系, 高斯-克吕格正形投影3度分带;高程采用1985国家高程基准, 基本等高距为1米。
1.2.2 地形图成图规格
成图比例尺为1∶1000。无需标准分幅, 根据项目地形分图块。
1.2.3 正射影像成图规格
地面影像分辨率为0.1米。无需标准分幅, 根据项目地形分图块。影像文件格式为JPG。
1.2.4 基本精度要求
项目控制测量、航空摄影测量相关精度按国家规范、标准执行。
1.3 工作流程
1.4 无人机航空摄影
利用无人飞行平台搭载成像探测器面阵不小于2000万像素的定焦数码相机, 以摄影地面分辨率8~10CM为要求, 由GPS领航数据计算相对飞行高度进行航摄获取测区影像资料。
影像资料要求清晰、色彩均匀, 饱和度良好, 无去影和划痕, 层次丰富, 色差适中, 能够表达真实的地物信息。
像片重叠度要求航向重叠度不小于60%, 旁向重叠一般不小于15%, 像片倾角不大于5度, 旋偏角不大于15度。
1.5 控制测量
1.5.1 基础控制测量
测区原有基础控制资料、埋石点保存完好, 经过复核在误差范围内的, 可利用原有的控制成果进行下一阶段的像控点测量;如果原基础控制资料缺失、埋石点密度不能满足像控点测量测量要求的, 必须按项目设计要求重新进行测区的基础控制测量。
1.5.2 像片控制测量
像控点精度要求:像控点相对邻近基础控制点的平面位置中误差不大于0.1米, 高程中误差不大于0.1米。
像控点选点条件:像控点的目标影像应清晰, 易于判刺和立体量测;高程控制点点位目标应选在高程起伏较小的地方, 以线状地物的交点和平山头为宜。
像控点布点方案:像控点全部布设为平高点, 按航线逐条布设, 航向内每隔4条基线布设;测区不规整的, 必须沿测区边界每隔300米布设有平高点。
像控点测量:像控点采用GPS实时动态定位 (RTK) 的方法进行测量, 施测要求如下: (1) 点位上空无遮掩物, 适合于GPS观测。 (2) 进行多点校正。用以校正的点必须是经过GPS静态测量的5秒点;校正点数不少于6个, 且分布均匀, 与待测区域地貌相关性强;点校正时, 要求各点的点位残差小于2cm。 (或者使用测区首级控制网的七参数作为测区校正参数) 。正式观测前, 应先利用周边2个已知点进行检核, 各坐标分量较差均小于3cm后才能实施流动观测。 (3) 观测时, 移动站观测参数为:有效卫星数大于5, 观测时间3秒, 观测次数3次, 必须使用带有支架的支杆观测, 观测时支杆禁止晃动, 支杆高度大于1.8米、小于2米, 对中误差小于5㎜, 点内符合精度Mp<3㎝, Mv<4㎝。 (4) 观测成果直接记录于终端中。
1.6 空中三角测量
进行空三加密必须先对像片进行畸变改正、内定向, 然后进行自动转点、控制点转刺、区域网平差计算、人工调整过程, 当区域网平差计算各项精度指标满足规范及设计要求可生成空三加密成果。
区域网平差计算结束后, 连接点对最近野外控制点的平面位置中误差不得大于0.35米, 连接点对最近野外控制点的高程中误差不得大于0.35米。
1.7 地形图数据采集
在空三完成后, 由空三成果恢复立体模型便可按1:1000的成图要求及竣工验收需要进行地形地物的立体采集, 每个像对的测图范围必须在控制点控制的范围内, 地形地物要素的采集按编码分层进行管理, 分类码按国标执行。
图形编辑在CAD平台上进行, 根据1:1000地形图的成图要求进行处理加工, 转换为需要的文件格式。
1.8 外业调绘成图
打印立体采集形成的初步地形图数据到实地进行检查、核实、调查、定性;室内根据外业调绘底图进行修整、处理;如遇不能进行航测的区域必须采取实测的方法完善;经过修改、完善最后形成标准的1:1000地形图成果。
1.9 生成正射影像图
利用已测制完成的数字化地形图数据生成测区的高程模型纠正影像因地面起伏、飞机倾斜等因素引起的失真, 把中心投影转换为垂直投影, 得到单张的正射影像, 单片正射影像经调色、匀光、镶嵌、裁切、检查编辑等步骤, 生成整个测区标准的的正射影像图。
1.1 0 制作竣工验收材料
无人机航测技术获得的1:1000地形图及0.1米分辨率的正射影像图是制作土地整治竣工验收材料的基础, 它能准确、全面、直观的提供制作竣工验收材料所需的工程量数据及图文资料, 如平整区面积、新建路长度宽度、新建水渠长度宽度、桥涵数量等等;通过图件的辅助, 更有身临其境的作用;竣工验收材料必须能真实、准确反映项目的竣工情况。
2 优越性
2.1 高效率, 低成本
相比传统的测量方法, 低空无人机航空摄影测量在同等的测量项目中所花费的时间、人力、财力都有很大的降低, 特别是外业工作量减小了很多, 使我们的测绘技术人员脱离了大量的体力劳动;它机动、高效、少投入的特性是传统测量方法无法比拟的。
2.2 精度保证且分布均匀
低空无人机航空摄影测量方法技术先进, 理论科学, 经过实例验证其各项目精度指标完全能达到规范要求;航空摄影测量对地物的采集是实时实地的, 地物点三维坐标不像常规测量局部需要内业加密, 航测的这特性使得测绘产品更贴近实地, 精度更均匀、稳定。
2.3 提供全面、直观的成果
低空无人机航空摄影测量可以获得DLG DEM DOM等成果, 整个项目区的地理空间信息都得到了清晰反映, 基本实现了把项目现场情况搬到办公室, 让管理者、决策者人在千里之外, 运筹帷幄之中。
3 可行性
低空无人机航空摄影测量技术已成功运用在广西某土地整治项目竣工验收中, 该项目集中连片, 面积约10平方公里, 属丘陵地貌;片源获取是用无人机搭载Canon EOS 5DMarkⅡ相机;用GPSRTK进行像控点测量, 布点方法、密度严格按设计要求;空三加密, 立体测图, 正射影像生成使用武汉航天远景软件;对地形图成果、正射影像成果我们采用GPSRTK实地打点的方法进行检查, 随机的、均匀的抽查了489个地物点, 平面中误差为0.32米, 高程中误差为0.38米, 粗差点有16个, 未超过5%;从抽查结果来看, 不管是平面精度还是高程精度都能达到规范及设计要求。因此在土地整治竣工验收材料中采用低空无人机航空摄影测量所提供的测量成果数据是完全可靠、可行的。
4 结论及建议
实践证明低空无人机航空摄影测量在土地整治项目竣工验收中能快速、高效的提供高精度、全方位、真实可靠的工程量数据及图文资料, 让项目的监督管理部门对竣工的土地整治项目是否达到设计要求, 是否按质按量完成作出客观合理的判断, 维护国家和人民的切身利益;最后希望项目的监督管理部门在今后的土地整治项目竣工验收中多采用低空无人机航空摄影测量这种先进可靠的方法。
摘要：土地整治竣工验收是项目的监督管理部门对实施的土地整治项目在竣工后是否达到预期效果及设计要求作出评定。本文通过分析低空无人机航空摄影测量在土地整治竣工验收工作中高效、准确、全面的提供验收所需的工程量数据及图文资料, 使项目的监督管理部门能直观了解项目竣工情况, 并对项目验收作出客观的评定。
关键词：无人机,摄影测量,土地整治竣工验收,高效,准确,全面
参考文献
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无人机低空摄影论文 篇5
无人驾驶飞机简称无人机(Unmanned Aerial Vehicle),是一种有动力、可控制,能携带多种任务设备、执行多种任务,并能重复使用的无人驾驶航空器。无人机原本主要应用于军事情报收集、战场监视及灾害防治与施救方面。然而,随着科学技术的飞速发展,无人机的制作工艺水平有了明显的提高,制造成本显著下降,其所能搭载的传感器类型也趋于多元化,使得目前无人机的应用领域迅速扩展。
数字摄影测量技术能快速高效地进行地形图测绘、数字高程模型DEM生成、数字正射影像DOM生成等工作。目前,通过无人机搭载的航测相机,将摄影测量技术与无人机技术结合,已成为测绘技术的主要发展方向之一。在测绘行业,主要通过无人机携带航测相机、小型GPS接收机与惯性测量单元(IMU)等硬件设备,通过摄影测量或遥感的方式实现的。与其相关的研究主要集中在两方面,一是硬件集成:田超在其论文中结合航摄经验,设计一套完整的无人机硬件集成方案与外业作业流程[2]。二是在技术应用研究方面:薛永安与陈姣通过大量实验,论证了无人机低空摄影测量的成图精度能够满足1∶5000比例尺DEM的生成,可以满足1∶2000地形图测量的要求[3,4]。
微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术应用处于研究起步阶段。在电力领域,无人机主要用于输电线路的路径选择测绘、发变电工程厂站址选择测绘工作。为填补微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术在电力工程局部区域、高精度测绘方面的应用研究的空白,中南电力设计院有限公司针对大量电力输电线路工程塔位地形图、塔基断面图、风电工程风机位地形图需求,开展了探究微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术在电力工程中的应用的可能性的探究。本文特别针对无人机航测结果平面精度普遍优于高程精度的特点,对于无人机的高程精度是否能满足电力输电线路工程塔位地形图、塔基断面图、风电工程风机位地形图的专项应用进行了有针对性的实验,并对微小型多旋翼无人机超低空摄影测量高程精度进行了评定与详细分析,获得了成功的结果。
1 微小型多旋翼无人机基本参数
通过一系列对无人机厂商与无人机用户的调研,我们发现目前市面上用于测绘相关领域的小型无人机,主要由智能鸟、EBEE、拓普康、天宝等公司生产制造,多采用电动固定翼无人机,其中拓普康SIRIUS无人机与天宝UX5无人机代表了目前行业的最高水准,他们提供了从飞控系统到最终内业数据处理的一套完整解决方案,十分适用于传统火力发电厂地形图测量。然而上述无人机的价格昂贵,普遍售价高于60万人民币,而且并不适合解决本文中涉及的电力测量工作方面。
本文主要针对塔位地形图测量、塔基断面图测量与风机位地形图测量等电力测量领域,他们的特点是测区范围小并且分布零散,故一款价格合适、便携性好、操控便利的多旋翼无人机系统更能满足要求。经过进一步调研,我们选择了大疆公司生产的Phantom-3(精灵3)四旋翼无人机作为本文实验的载体。该无人机的外观及飞控系统组成如图1及图2所示。
该无人机系统飞行器部分基本参数如表1所示,相机部分的参数如表2所示。
大疆公司的Phamton-3无人机系统填补了消费级无人机(万元内)没有搭载云台及定焦相机的空白,极大拓展了消费级无人机在超低空摄影测量领域的应用,为本文的实验提供了可靠的硬件支持。
2 试验及分析
2.1 相机检校
由于本飞行器为一体机,只能在飞行器通电情况下进行相机标定,我们采用武汉智觉空间信息技术公司无人机摄影测量处理软件DVSStudio DC中的相机标定模块进行相机标定,计算出的相机参数如表3所示。
2.2 相控点布设
航摄前,在某塔位周围布设了18个控制点及检查点,并用RTK GPS测量红白旗中心坐标。
2.3 飞行实验
与专业级测绘型无人机不同,处于消费级的Phamton-3没有配套的自动航飞软件,其需要通过遥控器手动控制飞行。在IPAD上安装DJI GO软件并缓冲好测区卫星影像,在软件中画出测区大致范围。
本次飞行均按航向重叠度80%,旁向重叠度50%设计,立体像对覆盖范围为100m×100m,飞行高度分别是50m、80m、100m,基本飞行信息如表4所示。
按设计航带飞行,并目测保证航向重叠度80%,旁向重叠度50%。飞行完成后进行飞行质量检查,质检报告显示:①第一条航带平均重叠度为80.2%,平均航偏角0.900°,成功匹配6/6对;②第二条航带平均重叠度为80.7%,平均航偏角-1.122°,成功匹配5/5对;③第一条航带与第二条航带间平均重叠度为46.2%,平均航偏角为4.534°,成功匹配5对。由报告可知,手动操控无人机采集的影像数据能够满足高低空摄影测量数据处理的要求。
通过以上飞行及内业数据处理生成的80m航高数字高程模型和正射影像图如图3、图4所示。
2.4 精度评定
本文试验共布设标志点18个,采用RTK GPS测量标志中心坐标。分别选用测区四个角上的4个控制点、四个角及中心的共5个控制点和均匀分布整个测区的6个控制点分别进行空三解算,以其他控制点作为检查点评定高程精度。精度检查结果如表5所示。
从表5可以看出,局部区域超低空航摄重建三维场景时,5个控制点即可达到较好精度。规范要求塔基断面点高程误差不得超过0.3m;1∶500地形图平坦地区不得超过1/3等高距(0.167m),丘陵地区不得超过1/2等高距(0.25m)。对于植被不是特别茂密的情况下,局部区域超低空航摄重建三维场景完全能满足塔基断面图及塔位地形图的精度要求,并可以满足1∶500风机位地形图的精度要求。
2.5 单立体模型试验
本次试验特别针对50m×50m的局部作了单模型试验,受像幅大小限制,试验采用飞行高度为80m,这样能保证立体覆盖范围满足要求,且满足规范要求的航高大于4倍测区内的高差。按照同样的精度评定方法,评定结果如表6所示。
此外,利用RTK GPS实地测量了该塔位的塔基断面图,将测得的断面点数据与立体测图数据进行了精度比较,除了植被特别密集区域,外业检测数据高程与立体测图测得高程基本符合,内业测得高程结果与外业实测的28个断面检测点高程差值中误差为0.076m,可以满足电力勘测塔基断面图测量的要求。
3 结论与展望
3.1 结论
本文主要从无人机选型、飞行实验、内业数据处理及精度评定等方面对微小型多旋翼无人机在电力勘测中应用的可行性进行了分析研究,通过试验和数据处理精度分析,可以得出如下结论:
(1)通过人工手动操控无人机采集影像数据可以满足内业数据处理的要求。
(2)使用微小型多旋翼无人机超低空近景摄影测量技术处理的成果能够满足一般电力工程中植被较少区域的塔基断面图、塔位地形图、风机位地形图等局部区域地形测图的精度要求。
(3)50m×50m的塔基断面图及塔位地形图采用单模型立体测图即满足测图要求。
(4)推荐采用测区四个角上的控制点与中心的控制点总共5个点的五点法控制点布设。
3.2 展望
基于微小型无人机试验的成果和试验中遇到的问题,对该技术的发展前景做出了展望:
(1)目前无人机飞行由手动控制,随着后续自动飞控软件的研发,可以更精确地控制无人机飞行路线,提高作业效率及测图精度。
(2)微小型多旋翼无人机目前飞行时间为23min左右,建议单次升空飞行范围300m×300m,然而随着电池的升级,续航能力的提升,飞控系统完善,实现单次飞行范围将大幅度扩大。
参考文献
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无人机低空摄影论文 篇6
1 低空无人机数字摄影系统
我们就以Gatewing X-100的无人机为分析探讨对象, 这类无人机在低于高度600米, 续航时间40分, 飞行速度为每秒90千米, 像素为0.00207毫米, 摄像焦距6.4毫米, 称重重量为2公斤, 像幅大小定义为5.7*7.5mm, 它的突出特色在于其具有独特的轻量化机身设计, 翼展位是100厘米, 起飞主要是通过弹射架, 硬着陆, 对于起降场地的要求和选择并没有太复杂。这一套无人机主要是讲测绘高新技术与传统的摄影测量技术相结合针对一些人无法到达的地方和危险地带进行测量作业, 特别适用于一些小面积区域的测绘。
假设地面的分辨率是GSD, M代表飞行面积、H代表具体飞行高度, M与GSD之间的关系和与地形图完全吻合的比例尺, 彼此之间的关系可见下表1。
2 无人机摄影测量系统在大比例尺数字化地形图中的操作流程
自大比例尺数字化地形图中的无人机摄影技术操作主要体现在内业空三加密、野外像空点测设、数字测图和获取测区影像这些步骤当中。这其中内业空三加密主要就是对相应的文件信息数据的输出后进过空三加密处理之后形成的影像体现在SSK中进行数字测图, 这些文件主要有进过匹配之后定向的坐标文件、相机文件、DEM数据、记录影像大地坐标、加密后影像、照片外方位元素、空三平差的定向点影响坐标文件等。
对于无人机数字航空摄影相片的影像处理软件一般使用的是Cloud-ATVe r1.0, 即全数字化摄影测量系统, 广泛适用于低空轻型机航摄、无人飞艇航摄取的竖直摄影影像、普通飞机航摄以及无人机航摄, 对于现阶段广泛使用的数码相机、组合宽角相机和航摄像机的影像都会进行相应的处理, 此外对于倾斜影影像、交向摄影影像等等航拍也能够进行处理。以多视影响匹配自动构建为技术支持, 建立起空中三角色两网, 通过低空要干的高分辨率影像的配合, 最终达到高精度航测定位的效果。
测图系统主要是在Microstation J平台中开发起来的通过对SSK数据采集, 再配合相关鼠标以及立体眼镜, 使之利用效率大大提升, 人力物力大大缩减, 并且能够达到测绘效果。这个系统还将地类数据库容纳其中并且运行自如, 并在需要的时候变换格式为CAD图形, 方便日常工作需要。
3 实例分析
将这台Gatewing X-100无人机定义在一定的区域内进行数字摄影测量分析, 0.1米的地面分辨率, 飞行面积是1.7平方千米, 300米的飞行高度, 并设定野外测设检查点76个和像控点为33个。
我们利用Cloud-ATVer1.0软件进行空三加密, 主要针对的是航飞影像来进行的, 针对于相对和绝对的定向精度。
加密后的数据可以通过SSK软件进行立体测图, 完成测图后在选取的检查点中随机选取10个左右的点进行对比 (表2) , 获取检查点测量得出的精度。由下表就可以看出高程的精度要求低, 平均数值小于0.5米, 但是绝对满足测绘要求的1:2000的地形图测绘要求。
在对抽样点进行测量之后输出文档对象模型, 空三加密之后在运用Cloud-ATVer1.0软件输出相应地文档对象模型数据。批量输出那些运用文档对对象模型数据的那些摄影影像图, 导入正射影像是通过ERDAS软件, 这样一来就可以实现文档对象模型的拼接最终实现正射影像图的获取 (图1) 。
接下来主要是通过Cloud-ATVer1.0对包括相机文件和影像外方位元素等文件进行数据文件输出, 将这些文件数据整理完之后导入到SSK软件当中去, 进行数字线划图的数字采集, 然后再将整个测区线画图, 得到最终想要的数字线划图, 这也就是俗称上的生成数字规划图即DLG生成。
基于以上操作在数字线划图的基础之上生成三维立体图。建立起有机结合测绘区的数字线划图数据。
此外还有一些精密技术下的低空无人机数字航空摄影在航射中的应用。PPP即精密单点定位技术, 主要运用的是单台GPS双频双码的接收机进行数据观测, 通过全球定位系统对相应检查点进行定位解算, 静态定位后进行航摄, 这样的技术是不需要在地面上架设地面基站, 这对于航摄的人力物力财力的节省意义重大。徕卡公司推出对ADS80航测系统, 其装有全球卫星导航定位系统和惯性测量装置可以精确定位出摄影空间坐标, 对于那些外方位元素也可以获取其相应的线阵影像。通常情况下获取更高精度的外方位元素主要是通过基站差分技术来使结算方式增强, 还有就是精密单点定位技术, 这其中主要运用地面基站来观测GPS数据的是基站差分技术。
精密单点定位技术的主要工作原理是运用一台GPS接收机对相位中心对的ITRF框架的绝对位置进行独立确定并定位, 运用GPS精密星历和种差数据休整之后建立其相应的物理模型, 观测资料主要是以无电离层影响的载波相位和伪距组合值为依据, 估计接收机种差、对流层天顶延迟和对侧站的位置。经过相关实验得出, 这样的精密单点定位技术运用在大比例尺数的航摄技术中是可行的, 其为无人机低空航摄提供了一定的生产依据, 但是在1:500的比例地图上该技术尚且还不够适用, 随着技术的发展, GPS的定位系统精度会越来越高, 必然会创造出航摄系统的高能效时代, 降低航摄成本最终真正意义上的摆脱地面基站的束缚。
4 小结
针对上文描述的无人机低空摄影在大比例尺数字画地图上的应用可行性, 通过航摄获取到低空的高精度影像, 对与测绘结果的时效性能够很好的把握, 并将摄影结果广泛运用在城镇建设、城市规划和国土资源等工程大项目中去, 大大的促进了我国测量行业的发展, 对于国民建设意义重大。
参考文献
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无人机低空摄影论文 篇7
1 低空无人机航摄遥感测绘技术主要运用领域及发展现状
随着国家对无人机航摄遥感测量研究的不断深入, 无人机已经突破了传统有限侦查的功能局限, 并结合摄影测量技术与现代遥感技术成为国家航空遥感监测体系的重要补充, 得到广泛的实际运用。相对于打飞机航测与航天摄影而言, 无人机低空航摄在局部区域的测量方面具有突出的优势, 能够快速获取高分辨率遥感影像。随着信息化建设的不断推进, 卫星遥感影像等技术在大面积1::5000~1:25000数字化测绘产品生产中的运用愈加成熟, 然而在1:500~1:2000比例尺的高清测绘方面依旧没有获得突破性进展。但我国城市信息化建设、公共安全信息化建设需求的不断增大, 对1:2000以上的数字化测绘产品需求越来越大, 要求也越来越高。在这种背景下, 无人机低空航摄遥感测绘技术成为解决这一问题的关键。
从国际范围看, 既有全球鹰搭载SAR进行遥感航摄, 也有低空无人机加载高精度POS, 但在国内范围而言, 由于POS高昂的造价限制, 目前加载高精度POS的无人机尚不多见。自2009年起, 我国国家测绘局航测遥感院并联合国内知名大学及研究中心进行深入研究, 取得不错进展, 比如我国测绘部门普遍配发的UAVRS-10B等型号的无人机, 加载5kg、1.5h的佳能5DMARKII相机, 在应急保障、区域测绘、目标定位等方面提供了保障。
2 无人机低空航摄测量的优势与特点
2.1 高效快速, 机动灵活
无人机低空航摄具有高效快速、机动灵活的特点, 并且其具有较高的安全性。无人机不需要人工驾驶, 并且受空中管制和天气因素影响较小, 特别适用于局域性、突发性应急事件, 能够在恶劣环境下很好的完成拍摄影像。在时间紧、情况特殊、任务紧的应急测绘项目中, 无人机低空航摄遥感测绘技术能够起到很好的作用, 能够在短时间内快速获取高清晰影像数据, 比如地震、山体滑坡、森林火灾等自然灾害, 无人机遥感测绘具有极大的优势。此外, 无人机具有机身设备轻便、运输灵活的特点, 对起降场地与方式的要求很低, 并且装备安装、调试、作业快捷, 极大的提高了测绘实效性。
2.2 低空作业, 高分辨影像
无人机轻便快捷的特点能够使其在超低空进行作业, 不会受到云层遮挡的影响, 并且在超低空状态下拉近了与地表的距离, 使其可以获得多角度、高分辨率影像数据。无人机低空飞行的高度可达到50~100m, 获得1:1000的测图精度, 达到0.1~0.5m的精度范围, 完全展现了低空无人机航摄遥感测绘的突出优点。低空无人机遥感测绘采用即时通讯的方式, 航摄数据能够即时传输到地面操控中心的计算机系统进行分析整合, 借助相应的计算机软件, 快速获得测绘产品。
2.3 运行成本低, 周期短
由于无人机不需要建设专门的起降场地, 大大降低了建设成本, 并且无人机航摄遥感测绘系统的使用成本较低, 作业过程中的耗费低, 相对于其他集中航空测绘而言, 极大的降低了运行成本。此外, 无人机操作简单, 使得操作员的培养周期较短, 减少了人工成本。无人机低空航摄多用于面积较小、大比例尺的情况, 机动性与快速经济的特点使其作业周期较短, 作业效率较高、作业精度较高, 同时也降低了作业成本。
3 低空无人机航摄测量影像数据处理
低空无人机航摄影像数据不能直接形成测绘产品生产, 需要经过相关软件进行数据处理才可。低空无人机航摄得到的影响数据并不规则, 相片数量多, 且影像之间的倾角不具有完全规律性, 无法直接实现自动连接配准, 这就需要借助影像数据处理软件进行处理。目前我国常用的影像数据处理软件有中国测绘科学研究院的Pixel Grid系统、武汉大学与适普公司联合研发的DPGrid系统等。
在无人机获得大量的航摄影像数据后, 数据处理软件的主要任务是完成数据的参数精化与DEM/DOM制作。首先将无人机获得的影像数据与GPS/POS数据下载到数据处理系统中进行简单的数据组织整理和智能匹配, 结合GPS/POS获得精确的影像内外方位元素。然后在精确影像内外方位元素的引导下, 利用密集匹配技术获得三维DSM点云数据, 并进行滤波与分类处理, 剔除干扰性的点, 得到DTM点云, 内插获取规则格网的DEM成果。最后, 对影像进行辐射空三处理与颜色修正, 并对影像进行编辑检查获得高质量的DOM成果。
4 无人机低空航摄测量在测绘领域中的运用前景
无论从国家发展规划还是从近些年的发展趋势来看, 我国正处于快速发展时期, 带动着各行各业向更高标准发展。城市建设、公共安全、应急事件等都离不开测绘技术的大力支持, 尤其是应急性自然灾害的灾后处理、信息化城市建设等方面, 对低空无人机航摄遥感测绘技术的依赖更大, 因此大力发展低空无人机航摄遥感技术, 为国家建设提供实时地理信息数据, 为领导决策提供支持具有积极的现实意义。
参考文献
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