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无人机在地形测绘中的应用

卢韩好

南充科技职业学院,四川南充,637200

摘要: 近年来无人机技术不断发展,无人机已经被应用到各个领域,在工程建设的前期规划中地形资料是必不可少的,在没有无人机以前我们通常采用全站仪、RTK对地形数据进行采集,但是这些采集方式工作量较大,需要耗费大量的人力成本。采用无人机可以快捷、方便的对地形数据进行采集,可以提高数据采集的效率,节约人工成本。本文将对无人机测图进行全流程模拟,并总结其中的注意事项,获得符合要求的地形图。
关键词: 无人机;地形图;责任教育;比较
DOI:10.12721/ccn.2023.157284
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地形测绘在工程建设中具有非常重要的作用,受地形的限制不同地形图的测量难度不同。在一些高差较大的山地地中,运用传统的测量技术测量地形图比较困难。无人机具有具有很高的灵活性以及安全性,无人机的飞行高度低的50m、高可达1000m,环境产生的变化对无人机几乎没有什么影响,相对比传统的测量技术,无人机具有广泛的应用空间,具有的更好的灵活性。比如地质灾害预测,矿区地质分析,部分危险区域测绘,无人机能使这些工作更顺利的进行。无人机测量地形图的工作分为外业和内业

一、外业数据采集

工作人员首先要对我们的测区进行现场探勘,了解测区的基本情况。例如需要了解测区的面积、高差以及GPS的信号。了解了测区的基本情况后我们需要进行航线的规划,在导入测区的数字高差模型(DEM)后,我们的APP可以自动生成航线。当我们设置好航线后,需要采用RTK进行像控点的布置,相控点的布设需要注意要控制住整个测区,不要布设到测区外,像控点是一种特殊的控制点,因此像控点的布设也要遵循控制点的布设原则。像控点布设好后需要将飞机带到起飞点,然后测试摄像头的

曝光度,知道曝光度适合拍摄照片为止。在调整好照片的曝光度后就可以进行外业数据采集,目前无人机的自动化程度比较高,基本可以实现自动化采集,主要要及时关注遥控器上的信号,避免无人机失控。

二、内业数据处理

采用CC对无人机拍摄的相片进行三维建模,操作步骤如下新建工程——>导入影像——>修改路径——>打开Setting设置路径——>打开Engine——>空三——>导入像控点——>像控点参数设置——>刺点——>空三优化——>重建三维模型——>参数设置——>编辑兴趣区域——>生产三维模型——>结果展示。新建工程主要需要填写工程的名称和存放位置,工程建好以后需要将拍摄的影像导入,然后进行空三加密。空三加密通过以后,需要进行刺点,这一步就是利用像控点给我们的照片加上位置信息,加上位置信息以后需要进行空三的优化,空三优化后就可以进行三维建模了。三维建模的过程中可以生成数字高差模型和数字正射影像。

获得了数字正射影像过后可以采用CASS软件进行地形图的绘制,首先运用DEM生成等高线,然后对地物进行矢量化,按照要求进行标注后完成地形图的绘制。

三、需要注意的事项

(一)重叠度要保证符合要求在传统摄影测量学中,航向重叠度一般规定为60%,最小不得小于43%,最大不大于74%;旁向重叠度一般规定为30%,最小不得小于14%,最大不大于40%。无人机进行航测时,根据项目需求不同,可分为以下三种。(1)航测生产地形图:航向重叠度一般设置为80%;旁向重叠度一般设置为60%,记为(80x60)。(2)项目要求只需要生产正射影像(DOM),航向重叠度一般设置为70%,旁向重叠度一般设置为60%,记为(70x60)。(3)无人机倾斜三维建模要求航向重叠度和旁向重叠度至少均为70%,记为(70×70)。

(二)相机设置。不要在飞行期间更改快门设置,可能造成不同视角快门速度不一致的现象。快门是机械结构组件,当使用一定次数后,快门的整体性能会随着使用次数降低;赛尔 PSDK 102S 快门达到8万次后建议航飞速度要小于11m/s ,15万次后建议航飞速度小于10m/s,20万次建议航飞速度小于9m/s,超过20w次建议航飞速度改为8m/s。快门次数大于20万次建议更换快门。

(三)外扩测图区域。倾斜摄影作业外扩至少一个航高;正射作业外扩至少50%的航高,要打开高程优化。

(四)飞行高度的设计。GSD 为地面影像分辨率,是指图像中相邻两个像素中心的距离代表实际距离是多少,飞行高度决定了地面影像分辨率(GSD)。飞行高度与地面影像分辨率成反比,飞行越高地面影像分辨率越低。以大疆精灵 Phantom 4 RTK 为例,若需要GSD为10cm/pixel的数据,像元大小为 2.41 微米,相机焦距为 8.8mm,代入公式得H≈36.5*GSD。那GSD为10cm/pixel 的数据,通过计算得到的飞行高度约为365 米。考虑到飞行时的环境影响,我们一般会低于计算得到的飞行高度去作业,我们可以选取 350 米的飞行高度来确保得到的数据满足要求。