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无人机航测技术在工程测量中的应用研究

杜放

长沙市规划勘测设计研究院,湖南长沙,410000

摘要: 本文以工程测量工作目标进行分析,随着时代的发展,科学技术的进步,在工程测量中应用无人机航测技术已经成为了一种必然趋势。无人机航测技术是通过航空摄影测量的方式对工程进行测量,其具有使用简便、灵活性强、成本较低、效率较高等特点,同时可以有效地减少测量人员的工作量,实现对工程的高效管理。基于此,本文首先对工程测量工作中,无人机航测技术优势、系统构成和原理进行介绍,并且对其具体应用要点进行探索,提高工程测量工作精度和效率,希望可以为相关工作人员提供参考。
关键词: 无人机;航空摄影;工程测量;应用
DOI:10.12721/ccn.2023.157825
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近年来,随着我国经济社会的快速发展,科技水平也得到了大幅提升,工程测量领域也迎来了全新的发展机遇,其中无人机航测技术作为一种新兴的测量技术,可以实现对目标区域的全面测量,尤其是在工程项目中能够发挥出巨大的作用,为工程建设提供更多有价值的参考数据。但是传统航测技术在实际应用过程中存在一些弊端,例如操作难度大、工作效率低、容易受到外界环境因素的影响等,不利于工程项目顺利进行。为此,在无人机航测技术得到广泛应用后,相关工作人员需要不断对其进行优化升级,提升测量效率和测量精度。

1无人机航测技术应用的优势

无人机航测技术是一种新型的测绘技术,主要利用无人机平台搭载相关仪器设备,通过数字化、自动化处理技术完成对目标区域的全方位测量,主要优势如下。第一,操作难度低。相较于传统航测技术而言,无人机航测技术具有一定的操作性,即便是对于不具备专业知识和技能的人员而言,也可以轻松掌握相关操作技巧。其次,无人机航测技术应用过程中无需人工操作即可完成各项数据采集和处理工作,不需要消耗大量人力物力财力,而且对测量区域的地形地貌等没有过多的要求,具有较强的实用性。第二,工作效率高。无人机航测技术在实际应用过程中可以快速获取目标区域的相关数据信息,并且数据信息处理速度较快、准确性高、可靠性强,能够快速完成各项数据处理工作。因此在工程建设中应用无人机航测技术可以显著提升数据处理效率,为后续工程建设提供更多有价值的参考数据。第三,安全性高。无人机航测技术在实际应用过程中不会受到外界环境因素的影响和干扰,可以有效保障测量结果的准确性和真实性,同时由于无人机航测技术在实际应用过程中不会受到地形地貌的影响和限制,而且无人机平台具有较强的稳定性和安全性,能够有效保障测量工作顺利进行。第四,测量成本低。在传统航测技术应用过程中需要耗费大量人力物力财力和时间来进行数据采集与处理工作,导致了项目建设成本居高不下,而无人机航测技术只需要使用简单的仪器设备就可以实现对目标区域的全方位测量工作,在保证测量数据准确性和可靠性的同时还可以节省大量人力物力财力。

2无人机航测系统及其技术原理

2.1无人机航测系统组成

无人机航测系统由多个部分组成,例如动力系统、飞行系统、摄影系统、数据传输系统等,各部分相互配合共同完成航测工作。其中动力系统是无人机航测技术的核心,其可以对无人机的飞行高度进行控制,也可以对无人机的飞行速度进行调整,还可以对无人机的续航时间进行调整。另外,在实际工作中还需要注意以下几个方面:

第一,做好动力系统和飞行系统之间的协调工作。在实际工作过程中,相关工作人员需要结合工程项目实际情况选择合适的动力装置和飞行系统,例如,在使用无人机航测技术进行航测时,可以利用小型固定翼飞机或者是小型旋翼机等作为动力装置,其中小型固定翼飞机在运行时稳定性较高,而且飞行速度也比较快[1]

第二,做好对摄影系统的管理工作。摄影系统主要是由多个相机组成的影像采集设备,其可以将目标区域内的影像资料全部记录下来。因此,相关工作人员需要对摄影系统进行全面管理和维护,保证其正常运行,例如在进行无人机航测技术作业时,需要先对相机进行检查和校准操作。另外,在完成全部航测任务后还需要进行一系列的检查工作,如检查无人机机身是否完好、电池是否充足、镜头是否完好等。

第三,在无人机航测技术实际应用过程中,为了提升其作业效率和测量精度需要加强数据传输系统管理工作。例如:在进行飞行作业时需要使用通讯设备来辅助完成飞行任务;在无人机进行飞行作业时需要使用无线设备来辅助完成飞行任务;在完成任务后还需要通过无线网络来实现对无人机数据的传输和共享。无人机航测技术是一种新型技术手段,其可以应用于多个领域当中。其中在无人机航测技术应用过程中主要包括以下几个方面:第一是影像采集系统;第二是数据传输系统;第三是数据处理系统;第四是数据存储系统;第五是航测软件;第六是飞行控制系统;第七是数据处理设备;第八是保障设备等。如图1:

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图1无人机航测系统构成

2.2无人机航测技术原理与流程

无人机航测技术主要是由无人机和控制系统两个部分组成,在实际应用中可以通过航空摄像机对目标区域进行拍摄,然后利用无线数据传输设备将拍摄到的影像数据传输到控制系统中,然后通过专业软件对影像数据进行处理和分析,从而获取目标区域的具体情况。在无人机航测技术中,一般采用的是多镜头相机系统,每个镜头都可以拍摄出多张照片,然后对这些照片进行综合分析与处理,最终获得目标区域的具体情况。在实际应用中,可以通过对不同角度拍摄出来的照片进行拼接,从而生成三维立体模型[2]。例如在进行航拍测量时,可以采用无人机航测技术来完成工作任务。

无人机航测技术原理:首先工作人员需要通过 GPS定位系统对无人机进行定位,然后在得到飞行航线和航向航速的基础上计算出拍摄位置和角度,之后利用相机内方位元素与无人机外方位元素相结合的方式进行空三加密操作,同时在确定好具体拍摄位置后,工作人员需要对所拍摄的照片进行扫描处理工作,之后将扫描处理好的照片传输到控制系统中进行数据分析与处理。在此过程中,需要对控制系统中的飞行高度、飞行速度等参数进行设置与调整。无人机航测技术流程:首先工作人员需要对所拍摄照片的数据信息进行筛选和分析,然后将筛选好的数据信息传输到控制系统中进行处理与分析,最后根据得到的数据信息制作三维立体模型。

2.3无人机航测系统在实际工程应用中存在的问题

目前,无人机航测系统已经在实际工程项目中得到了广泛的应用,但是该技术还存在一些不足之处。首先,无人机航测系统的实际应用还存在一定的局限性,例如受到天气因素和飞行条件的影响,导致航测系统出现偏差,无法对测量数据进行有效采集;其次,无人机航测系统在实际应用过程中容易受到外界环境因素的影响,导致无人机在飞行过程中出现失控问题,无法将无人机信息及时传输到地面控制站,进而影响到工程项目施工建设;最后,无人机航测系统在实际应用过程中容易受到地形条件的限制,导致航测数据采集难度增加,因此,相关工作人员需要结合地形特点和工程建设实际情况对无人机航测系统进行优化和升级。

3无人机航测技术在工程测量中的具体应用策略分析

3.1相关设备的检查校正

首先,无人机航测技术的设备安装应合理,设备安装在固定的位置时,需要确保其具备良好的稳定性与安全性,避免因为设备自身的质量问题而影响无人机航测技术的正常运行。无人机航测技术是通过专业人员将无人机组装完成后,然后根据设备操作手册完成对无人机系统的调试工作。在对设备进行调试时,需要针对无人机的飞行时间、飞行高度、飞行速度等方面进行分析,同时对相关参数进行设置。在调试完成后,需要进行一系列的测试工作,确保无人机系统符合设计要求。其次,在对无人机系统进行调试时,需要确保其具备良好的操作性与灵活性,避免因为设备自身原因而影响整个航测工作的质量。在调试过程中需要遵循先易后难、循序渐进的原则进行操作,同时还要考虑到成本预算等方面的因素。在完成设备调试后,需要对相关设备进行检查校正,确保其符合设计要求[3]。在检查时主要是针对地面控制点以及相关设备进行检查,同时还要检查飞行器是否符合设计要求,在检查校正过程中需要对飞行器自身问题进行分析与处理,避免因为飞行器问题而影响整个航测工作质量。

飞行高度与飞行速度对于整个航测工作有着非常重要的影响,在进行飞行高度与速度调整时需要考虑到外界因素以及无人机自身性能等方面的影响。在此过程中要结合实际情况对无人机本身性能与相关参数等方面进行检查调整,同时还要保证无人机本身质量达到设计要求。

3.2确认测量目标以及空域申请

在进行无人机航测技术测量前,需要对测量目标进行确认。首先,需要确认目标的具体位置、高度以及具体范围,其次还需要确认目标的特殊性质,如高层建筑、高压电线、河流等。当对目标的具体性质进行确定后,可以根据测量区域的具体情况,选择合适的测量区域,以保证无人机航测技术测量的质量,如果是在城市中进行航测,可以选择建筑物较多、人口密度较大、建筑物密集等地区,如果是在农村地区进行航测,则可以选择地势平坦、地形相对简单的地区。此外还需要确保无人机航测技术测量工作的安全性。在进行无人机航测技术测量前,还需要向相关部门申请空域,得到批准后方可使用无人机航测技术进行测量工作。通常情况下,无人机航测技术的应用区域为城市、农村等地区。如果是在城市中进行航测时,需要向相关部门申请临时空域以及临时飞行许可。在申请临时空域时,需要提前了解临时空域的具体情况以及飞行区域的周围环境和地形情况等,在申请临时空域时,应提前收集、整理和分析测量区域周边环境以及地形状况等资料,在申请临时空域时应遵循“先申请、后审批”的原则,避免因为在申请过程中出现不符合要求而导致申请失败或其他问题的出现。

3.3航线设计与控制点布设

无人机航测技术是一种高效、灵活的测量方式,其可以在较短时间内对工程进行测量,无人机航测技术的优势在于其具有效率高、操作简单等特点,在实际工作中,可以根据工程实际情况进行航线设计,从而提高航测的准确性和效率。航线设计时应根据工程的具体情况进行,例如地形环境、地貌类型等,在航线设计时应尽量选择平坦且开阔的地区进行飞行,避免地形陡峭或狭窄的地区飞行[4]。在进行航线设计时,还应尽量选择垂直于航线方向的飞行角度,保证测量结果的准确性。在进行无人机航测技术的实际应用中,应保证航测过程中控制点的数量满足工程测量的需求,由于无人机航测技术具有拍摄效率高、采集数据多等特点,因此在工程测量中应用该技术时不需要布设大量控制点,只需布设少量控制点即可满足工程测量的需求。在实际工作中由于无人机航测技术在飞行过程中存在一定程度上的偏差,因此需要对其进行必要的改造,还应保证无人机航测技术的覆盖范围比较大、拍摄频率高等特点,因此,在进行控制点布设时应保证控制点数量较多且分布均匀。

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图1无人机航空摄影控制点布设

3.4测量数据整理分析

在测量完成后要对数据进行整理和分析,主要是为了能够得到较为准确的数据结果,数据整理工作一般是根据项目要求,将所需的数据进行分类,然后对其进行存储和备份。在整理过程中要对所需的数据进行分类,然后对其进行统一管理,主要是为了避免因重复测量而导致的数据错误。在进行数据整理时要注意以下几点:1)对各个测区内的地理位置信息以及空中三角测量的测量成果进行统计;2)将整理后的测量数据进行分类汇总;3)对相关测量信息及成果资料进行整理,形成完整的相关数据库。在数据整理过程中要注意以下几点:1)对所需数据进行分类整理。在这一过程中要对各个测区内的地理位置信息和空中三角测量的测量成果进行分类整理,然后将其汇总成一份完整的数据结果;2)将所需数据及成果资料按照一定的格式和要求储存到数据库中,以便于日后的使用[5]

3.5无人机航测内部处理工作

无人机航测内部处理工作包括空中三角测量、定向、三维建模等,其中空中三角测量是无人机航测的核心技术,是利用无人机搭载相机拍摄地面目标后,利用内业软件进行空中三角测量计算出相对地面目标的三维坐标,同时对这些坐标数据进行分析处理,生成相应的地图成果。定向则是在空中三角测量计算结果的基础上,利用软件对三维点坐标数据进行优化计算,最终生成平面和高程数据。三维建模则是在航测图像上通过一定的软件对获取的空间点、线、面等元素进行数据采集处理,生成相应的模型,在进行航测工作时,需要注意飞行高度和飞行速度等问题,严格控制飞行的质量。

4结语

综上,无人机航测技术具有操作简单、成本低、效率高等特点,目前在工程测量中得到了广泛的应用,但由于无人机航测技术在实际应用中会受到很多因素的影响,因此在实际工作中需要合理安排相关人员对其进行监管,以提高无人机航测技术的应用效率。在这一过程中,需要保证无人机航测技术具有良好的操作性与灵活性,避免因为设备问题而影响整个航测工作的质量,在无人机航测技术的实际应用中,需要结合工程测量项目的具体情况进行合理选择。

参考文献:

[1]犹华俊.测绘工程测量中无人机遥感技术的运用[J].工程技术研究,2020,5(02):42-43.

[2]马建岐.探析无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用[J].世界有色金属,2019(03):195+197.

[3]张志辉,罗玉凤.无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用分析[J].科技风,2019(08):115+122.

[4]潜军伟,毛铭祺,江一帆.浅谈无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用[J].世界有色金属,2018(22):237-238.

[5]乔亚奇.无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用[J].工程建设与设计,2019(07):92-93+96.