首页 > 论文范文 > 农业科技论文 > 农业工程论文 > 农业航空论文 > 浅谈应用在采石区地形测绘中的低空摄影技术

浅谈应用在采石区地形测绘中的低空摄影技术

2019-12-28 218 上传者：管理员

摘要：航摄平台用F1000无人机对韩城市某采石沉陷区航空摄影的测量制定了技术方案。航测时通过影像数据采集、控制点布设、内业数据处理和产品输出等过程，对该区域地形图快速的完成了测绘，获得了达到精度要求的区域地形图和正射影像图等，为采石区的生态修复和农业重建提供了可用的素材和资料。矿山治理以及生态修复等小区域地形航测，在拓宽无人机航测技术的应用范围上发挥了巨大的实践意义。

关键词：
地形测绘
大比例尺
小区域
无人机F1000
航测流程
加入收藏

无人机低空摄影测量是当今世界兴起的多学科交叉高新技术，具有成本低、效率高、安全灵活、适应性强等特点，既能减轻外业劳动强度，又能提高作业效率和成果精度，弥补了大飞机在小区域地形图测绘中的局限。作为当前小范围快速获取基础地理信息数据的主要技术手段，无人机摄影测量已被广泛关注，其所测地形图和数字正射影像图（DOM）精度亦能满足生产要求[1-3]。陕西韩城市某采石沉陷区的生态修复与农业重建PPP项目，主要是对沉陷影响区危岩体和塌滑体进行治理和生态修复，包括英山、许庄、赵村、西塬—建功、诸北5个治理区，面积约为5.1km2，南北宽、东西窄，依次以条状分布，地形起伏较大，主要地物为遗留采石坑、耕地和居民地，各治理区均遗留高陡采石面和松散渣堆。英山治理区的地形测绘采用传统的全野外测量，用时长达一个月，效率低下，且存在一定的安全隐患；而运用无人机航测技术测绘5个治理区的大比例尺地形图只需7d左右，效率大大提高。本文以西塬—建功治理区为例，利用无人机低空摄影技术获取了治理区的影像数据，完成了1∶2000地形图测绘；并快速获取了治理区的DOM与数字高程模型（DEM）等基础资料，对整个采石沉陷区的生态修复与农业重建具有重要意义。

1、地形图航测方案

1.1 无人机测量系统。无人机测量系统一般包括硬件和软件两部分，其中硬件为无人机、机载和监控；软件负责航线设计、飞行控制、远程监控、航空摄影检查和数据预处理等工作[4]。本次测量采用深圳飞马F1000固定翼无人机，搭载索尼a5100相机和索尼E20mm-f2.8镜头。F1000无人机的飞行海拔高度为100～6000m，对天气要求较低，可在阴天作业；可有效避开云层，快速获取数据；起降方式灵活，对场地要求很低，可随时随地起飞。其主要参数见表1F1000无人机的主要参数。

1.2 航测流程。首先根据测量学原理将拍摄的相片整合成立体模型，再采用标识的方式在模型上进行地物判读和相应的测绘，最后制作成满足生产要求的DOM、DEM、地形图和剖面图。采石区地形航测流程如图1所示无人机航测作业流程。

2、外业数据采集

2.1 控制点布测。综合考虑成图过程中像点量测精度、绝对定向和各类误差要求[5-6]，在测区内均匀布设9个像控点，采用RTK差分定位，定位精度为cm级，平面和高程精度均小于±2cm，在满足精度的同时提高了野外作业效率。为了便于控制点的后期识别，所有控制点均用油漆喷绘“L”型标志，利用GPS-RTK流动站测量“L”型标志的转角坐标。像控点分布如图2像控点位分布图所示。

2.2 影像数据采集。影像数据采集通过测区踏勘、航线设计、航测实施等步骤完成。采集前首先对测区进行踏勘，选择飞行区域、航摄高度、起降点、航向重叠度和旁向重叠度，并把相关数据输入F1000智能航测系统，采用软件“无人机管家”规划航线；然后采用F1000无人机的智能航测飞行管理软件“智航线”，沿设定好的航线进行智能定点降落、飞行实时监测和飞行数据监测，地面计算机实时监测航测过程，并按传感曝光速率同步记录搭载相机曝光时刻的GPS数据和飞行姿态数据[7]；最后将航测影片从机载相机储存卡中导出至监测计算机，即可完成航摄数据采集工作。

3、内业数据处理

本文采用与F1000无人机匹配的航空摄影数据处理软件“无人机管家”进行数据后处理和产品制作，主要包括航摄影像的空三加密，DEM、数字地表模型（DSM）和DOM制作等模块。

3.1 空三加密。通过摄影测量得到加密地面控制点的平面坐标和高程，为缺少像控点的地区测图提供绝对定向的控制点，从而求得航测成图所需的多数地面控制点坐标。其原理是根据在二维航摄相片上量测的像坐标，利用航摄相片间的集合关系和少量必需的外业实测控制点，按最小二乘平差原理进行解析计算。先通过计算机解算得到加密点地面坐标和测图时所需的相片外方位元素，作为POS数据用于空三加密[8-9]；再将本次航测外业控制点数据、POS数据导入后处理软件，即可自动完成空三加密计算。

3.2 DEM与DOM制作。根据空三加密结果对航摄原始影像进行重采样，生成核线影像，系统自动匹配三维离散点得到航测区域的DSM，DSM经过自动分类滤波得到DEM[10-11]。利用DEM数据对影像进行数字微分纠正和影像重采样，生成单片的DOM；再按照一定幅度裁剪整饰、匀光匀色、影像镶嵌，生成信息丰富、直观的DOM，可作为地图分析背景和评价其他数据精度的基础信息，还可从中提取和派生新的信息，实现地形图的修测更新。

3.3 图形输出与项目成果。利用DEM校正DOM，拼接生成区域完整的底图；再将区域整体导入VirtuoZoNT软件中，按规范要求进行屏幕测图，生成地形图。项目成果为制作输出的DOM、三维实地模型和地形图，如图3测区局部DOM图、图四测区整体三维模型、图5测区平面地形图所示。将生成的DSM导入Polyworks软件，运用IMInspect模块创建剖面线，快速生成治理区纵剖面如图6剖面布置图和纵剖面图所示，可直接用于综合治理方案设计。

4、精度检测

本文通过校核点与加密解算点的平面中误差MS和高程中误差MH来评定成图精度。首先在测区内均匀选取40个外业校核点，并利用GPS-RTK流动施测其三维坐标(X,Y,H)；再将校核点的三维坐标与对应的加密解算点坐标进行对比，计算三维坐标的绝对误差ΔX、ΔY、ΔH和ΔS；最后采用式（1）、式（2）计算得到MS和MH。精度检测结果见表2精度检测统计表/ m。航测区域属于山地、丘陵地带，本次航测绘制的1∶2000地形图满足GB/T7930-2008《1∶5001∶10001∶2000地形图航空摄影测量内业规范》的精度要求。

5、结语

本文以陕西省韩城市某采石沉陷区生态修复与农业重建PPP项目的地形航测为例，采用低空无人机航测技术自动采集了地面影像数据，并通过控制软件自动监测定点航测、数据遗漏等，实现了F1000无人机在小区域大比例尺航空摄影测量中的高效应用。同时，内业数据的高度自动化处理大大缩短了航测成图的生产周期，满足了快速完成测绘任务的要求，测量得到了DOM、三维地形地貌图、平面地形图和剖面图等，为采石沉陷区后期的稳定分析和综合治理提供了直观的基础资料，具有较强的应用价值和实践意义。

参考文献：

[1]戴中东,羊远新,孟良.低空无人机在高原大比例尺地形图测绘中的应用[J].工程勘察,2016(11):50-55

[2]毕凯,李英成,丁晓波,等.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].测绘通报,2015(3):27-31

[3]王文龙,黄中和,乔炜,等.低空航摄系统开展地理国情外业调查研究[J].地理空间信息,2017,15(10):24-26

[4]徐灿.关于无人机摄影测量技术在数字化地形测量的运用分析[J].科技创新与应用,2017(16):295

[5]王利锋,王冰,杨令刚.Trimble无人机UX5HP在矿区测绘中的应用[J].测绘通报,2017(2):155-156

[6]吴博义,苏国中.低空大比例尺地形图航测生产关键技术[J].测绘科学,2016,41(8):138-143

[7]符锌砂.公路航空摄影测量与遥感[M].北京:人民交通出版社,2003

[8]李忠新.图像镶嵌理论及若干算法研究[D].南京:南京理工大学,2004

[9]KellerY,AverbuchA,IsraeliM.Pseudopolar-basedEstimationofLargeTranslations,Rotations,andScalingsinImages[M].IEEEPress,2005

[10]李志学,颜紫科,张曦.无人机测绘数据处理关键技术及应用探究[J].测绘通报,2017(增刊1):36-40

[11]高志国,宋杨,曾凡洋.微型无人机航摄系统快速测绘小区域大比例尺地形图试验分析[J].工程勘察,2015(12):71-75.