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摘要无人机经过将近百年的发展,目前无人机技术已逐步完善和成熟。与传统的飞行器相比,无人机具备灵活性好、操作简单、成本低廉等特点,无人机的技术从军事领域逐渐扩展到了民用领域,被越累越多的运用到地理、工程测绘中。
关键词:无人机遥感;测绘工程;应用
1无人机遥感系统组成
无人机遥感系统平台具体是由无人飞行器、高分辨率数码传感器、GPS以及数据传输处理系统几部分构成。其关键的性能指标包括飞行高度、续航时间、有效载荷、飞行平稳度、导航精度、巡航速度、起降方式等。对于无人机遥感系统主要包括有遥感信息采集与传输系统和遥感信息处理系统两部分,如图1所示。
1.1遥感信息采集与传输系统
无人机遥感信息采集与传输系统具体可分为无人机飞行平台、飞控系统、地面遥控与监测系统及数据传输系统。其中,无人机飞行平台可以说是遥感信息采集系统的核心装置,构成元件有无人机、传感器、机载飞控等,该装置是进行测绘工作的主要部件。飞控系统主要用于控制无人机的飞行状态,具体元部件有GPS、加速度计、陀螺仪等,在地面操控人员发出相应指令后,无人机飞控系统接收信号并对无人机的高度、速度、飞行姿态进行调整以满足航测时最佳飞行状态。地面遥控与监测系统主要由计算机、全向天线、监控软件等设备构成,使用过程中由监控软件对无人机的飞行姿态进行实时监控,确保无人机的飞行状态满足航测遥感数据的采集要求。数据传输系统主要是将无人机飞行之后所采集的遥感数据传输到专业的数据存储与处理平台上,当前主流的无人机遥感系统都是在无人机完成飞行计划后进行地面数据传输,该方式无法实现即测即得的测绘效果。可行的无人机遥感数据实时传输方式可结合环境状态选择卫星传输、视距微波传输及超视距数据链传输,同时在数据传输过程中进行相应的编码压缩以保证数据传输速率与完整率,见图2。
1.2遥感信息处理系统
无人机遥感系统中的数据处理系统所负责的任务主要是后期的遥感影像处理及空中三角测量结算。其中,遥感影像处理是依据航测任务表、机载传感器检定参数等初始数据对原始航片进行航带整理、质量检查、预处理、拼接、畸变改正等工作,对数码相机镜头非线性畸变与飞行器姿态变化引起的图像变形进行纠正,以形成可供野外像控测量和室内空三处理的像片文件。空三测量属于无人机遥感信息处理系统中的核心部分,具体流程是依据处理后的航带列表确定各航线之间的相互关系,对影像进行内定向,经过影像间连接点的布局、像控点量测、平差计算进行自动空三加密,以此建立三维立体模型,并进行模型定向以及生成核线影像。
2无人机遥感技术在工程测绘中的应用
2.1影像资料的获取
在工程测绘中,如果使用无人机遥感技术,那么第一步就是根据测绘区域的地形地貌选择合适的飞行平台。与传统的测绘技术相比,无人机遥感测绘的影像获取手段有很大的差异,虽然无人机的飞行旋偏角大但是其像幅非常小,所以,在进行影像資料的获取过程中,利用空中三角的测量技术对拍摄进行纠正和修复,能够在很大程度上减少拍摄漏洞。另一方面,在影像资料的获取过程中,还可以利用曝光延迟拍摄补偿、转弯缓冲、飞行姿态控制等技术。
2.2测绘数据的采集
测绘数据的采集过程中,是利用自动计数与手动技术的组合完成的,根据不同的技术形式,可以有效清除不合格的测绘数据与信息,能够大大提高测绘数据及测绘信息的精确度。另外,根据测量的数据和结果,可以通过单一模型进行定向操作,在这个过程中,对无人机的航行路线进行定向分析,然后根据数据分析,对航线的正确与否作出判断,如果航线偏离正确方向,应该进行相应的操作,保证航线的正确,确保航线的精确度。
2.3拍摄数据的处理
在数据处理上,无人机遥感测绘技术有很大的不同,其对数据的处理在数码影像的排列上不上规则的。由于无人机在飞行过程中,俯仰角和旋偏角都比较大,所以,就会造成影像堆叠度对比增大的现象,引起影像变形。所以,为了提高影响质量,无人机搭载的数码相机大都使用变焦镜头。在拍摄过程中,先对变焦镜头进行标定,再分析标定结果,找出不同焦段上相机内参数及畸变参数与焦距之间存在的联系,根据他们之间的联系,快速发现变焦相机快速标定和畸变改正的措施,以此在最大程度上发挥变焦功能,提高无人机的拍摄效率。
3在工程测绘中应用无人机遥感测绘技术的注意事项
3.1定期检查相关设备
在使用无人机遥感技术进行测绘前,要想提高其测绘质量,工作人员还需定期检查和调适其相关设备。①应确保相关设备符合相关的质量标准,并且都是经过检定合格的设备,并根据工程测绘的实际需要适当调整设备的使用。②要对其通讯设备、地面电台、电源系统、记录系统等相关设备进行定期检查,例如连接航摄平台进行通电检查等,从而确保这些设备和系统具备良好的运行状态。③在进行遥感测绘工作时,还应检查像片的重叠度、航线弯曲度、倾角、旋角以及影像的质量。例如在检查影像质量时,可目测其清晰度、色彩等效果。
3.2严格控制飞行和摄影质量
为提高无人机拍摄工作的效率与水平,在实际的使用中,相关操作人员还应严格控制无人机飞行和摄影的质量。①需要严格按照规定的时间进场,并明确相关的起飞和降落方式、起飞重量等,还应控制好飞行速度,进而获取更加高清的测绘影像。②应设计和控制好无人机飞行的高度,掌握好拍摄区域实际航高与设计行高之间的高度差,并将其控制在合理范围内。而后还应控制好无人机的飞行状态,避免对GPS定位系统等产生信号混乱现象而影响了拍摄的准确性。同时,在无人机飞行过程中还应控制好其上升和下降的飞行速率。除此之外,工作人员还应规划并制定出完善的安全保护方案,从而保证无人机在飞行过程中的安全。在进行拍摄时,应确保没有航摄遗漏的现象发生,若有漏洞则需要进行补摄。
3.3优化像控点测量流程
为提高无人机遥感技术拍摄像控点布设工作的有效性,需要不断优化像控点测量的流程。①应根据工程需要明确具体的拍摄区域和范围,并检验拍摄区域自由网的效果,并快速生成自由网快拼图等。②应根据测量区域的地形地势特点等设计并制作出像控点测量布设方案,并确保像控点像片的质量。在进行数据采集和处理时,相关工作人员需要注意不能将原始观测记录进行删除或修改,也不能在无人机数据处理等系统中设定任何能够对数据进行重新加工组合的操作指令,进而保存真实的原始工程测绘数据,以便日后能够进行科学的调整等。此外,由于在拍摄过程中会产生大量数据,并会存储于采集器中,因此,还需根据实际需要定期整理细信息采集器。
4结语
目前,随着无人机轻便灵活、操作简便等优势的显现,无人机被越来越广泛的应用于城市建设、水土保持监测、防汛抗旱、应急突发事件等方面,技术也在不断提高和成熟。因此,应在工程测绘中广泛应用无人机遥感技术,来大大提高工程测绘的精度,获取更清晰、质量更高的影像信息。
关键词:无人机遥感;测绘工程;应用
1无人机遥感系统组成
无人机遥感系统平台具体是由无人飞行器、高分辨率数码传感器、GPS以及数据传输处理系统几部分构成。其关键的性能指标包括飞行高度、续航时间、有效载荷、飞行平稳度、导航精度、巡航速度、起降方式等。对于无人机遥感系统主要包括有遥感信息采集与传输系统和遥感信息处理系统两部分,如图1所示。
1.1遥感信息采集与传输系统
无人机遥感信息采集与传输系统具体可分为无人机飞行平台、飞控系统、地面遥控与监测系统及数据传输系统。其中,无人机飞行平台可以说是遥感信息采集系统的核心装置,构成元件有无人机、传感器、机载飞控等,该装置是进行测绘工作的主要部件。飞控系统主要用于控制无人机的飞行状态,具体元部件有GPS、加速度计、陀螺仪等,在地面操控人员发出相应指令后,无人机飞控系统接收信号并对无人机的高度、速度、飞行姿态进行调整以满足航测时最佳飞行状态。地面遥控与监测系统主要由计算机、全向天线、监控软件等设备构成,使用过程中由监控软件对无人机的飞行姿态进行实时监控,确保无人机的飞行状态满足航测遥感数据的采集要求。数据传输系统主要是将无人机飞行之后所采集的遥感数据传输到专业的数据存储与处理平台上,当前主流的无人机遥感系统都是在无人机完成飞行计划后进行地面数据传输,该方式无法实现即测即得的测绘效果。可行的无人机遥感数据实时传输方式可结合环境状态选择卫星传输、视距微波传输及超视距数据链传输,同时在数据传输过程中进行相应的编码压缩以保证数据传输速率与完整率,见图2。
1.2遥感信息处理系统
无人机遥感系统中的数据处理系统所负责的任务主要是后期的遥感影像处理及空中三角测量结算。其中,遥感影像处理是依据航测任务表、机载传感器检定参数等初始数据对原始航片进行航带整理、质量检查、预处理、拼接、畸变改正等工作,对数码相机镜头非线性畸变与飞行器姿态变化引起的图像变形进行纠正,以形成可供野外像控测量和室内空三处理的像片文件。空三测量属于无人机遥感信息处理系统中的核心部分,具体流程是依据处理后的航带列表确定各航线之间的相互关系,对影像进行内定向,经过影像间连接点的布局、像控点量测、平差计算进行自动空三加密,以此建立三维立体模型,并进行模型定向以及生成核线影像。
2无人机遥感技术在工程测绘中的应用
2.1影像资料的获取
在工程测绘中,如果使用无人机遥感技术,那么第一步就是根据测绘区域的地形地貌选择合适的飞行平台。与传统的测绘技术相比,无人机遥感测绘的影像获取手段有很大的差异,虽然无人机的飞行旋偏角大但是其像幅非常小,所以,在进行影像資料的获取过程中,利用空中三角的测量技术对拍摄进行纠正和修复,能够在很大程度上减少拍摄漏洞。另一方面,在影像资料的获取过程中,还可以利用曝光延迟拍摄补偿、转弯缓冲、飞行姿态控制等技术。
2.2测绘数据的采集
测绘数据的采集过程中,是利用自动计数与手动技术的组合完成的,根据不同的技术形式,可以有效清除不合格的测绘数据与信息,能够大大提高测绘数据及测绘信息的精确度。另外,根据测量的数据和结果,可以通过单一模型进行定向操作,在这个过程中,对无人机的航行路线进行定向分析,然后根据数据分析,对航线的正确与否作出判断,如果航线偏离正确方向,应该进行相应的操作,保证航线的正确,确保航线的精确度。
2.3拍摄数据的处理
在数据处理上,无人机遥感测绘技术有很大的不同,其对数据的处理在数码影像的排列上不上规则的。由于无人机在飞行过程中,俯仰角和旋偏角都比较大,所以,就会造成影像堆叠度对比增大的现象,引起影像变形。所以,为了提高影响质量,无人机搭载的数码相机大都使用变焦镜头。在拍摄过程中,先对变焦镜头进行标定,再分析标定结果,找出不同焦段上相机内参数及畸变参数与焦距之间存在的联系,根据他们之间的联系,快速发现变焦相机快速标定和畸变改正的措施,以此在最大程度上发挥变焦功能,提高无人机的拍摄效率。
3在工程测绘中应用无人机遥感测绘技术的注意事项
3.1定期检查相关设备
在使用无人机遥感技术进行测绘前,要想提高其测绘质量,工作人员还需定期检查和调适其相关设备。①应确保相关设备符合相关的质量标准,并且都是经过检定合格的设备,并根据工程测绘的实际需要适当调整设备的使用。②要对其通讯设备、地面电台、电源系统、记录系统等相关设备进行定期检查,例如连接航摄平台进行通电检查等,从而确保这些设备和系统具备良好的运行状态。③在进行遥感测绘工作时,还应检查像片的重叠度、航线弯曲度、倾角、旋角以及影像的质量。例如在检查影像质量时,可目测其清晰度、色彩等效果。
3.2严格控制飞行和摄影质量
为提高无人机拍摄工作的效率与水平,在实际的使用中,相关操作人员还应严格控制无人机飞行和摄影的质量。①需要严格按照规定的时间进场,并明确相关的起飞和降落方式、起飞重量等,还应控制好飞行速度,进而获取更加高清的测绘影像。②应设计和控制好无人机飞行的高度,掌握好拍摄区域实际航高与设计行高之间的高度差,并将其控制在合理范围内。而后还应控制好无人机的飞行状态,避免对GPS定位系统等产生信号混乱现象而影响了拍摄的准确性。同时,在无人机飞行过程中还应控制好其上升和下降的飞行速率。除此之外,工作人员还应规划并制定出完善的安全保护方案,从而保证无人机在飞行过程中的安全。在进行拍摄时,应确保没有航摄遗漏的现象发生,若有漏洞则需要进行补摄。
3.3优化像控点测量流程
为提高无人机遥感技术拍摄像控点布设工作的有效性,需要不断优化像控点测量的流程。①应根据工程需要明确具体的拍摄区域和范围,并检验拍摄区域自由网的效果,并快速生成自由网快拼图等。②应根据测量区域的地形地势特点等设计并制作出像控点测量布设方案,并确保像控点像片的质量。在进行数据采集和处理时,相关工作人员需要注意不能将原始观测记录进行删除或修改,也不能在无人机数据处理等系统中设定任何能够对数据进行重新加工组合的操作指令,进而保存真实的原始工程测绘数据,以便日后能够进行科学的调整等。此外,由于在拍摄过程中会产生大量数据,并会存储于采集器中,因此,还需根据实际需要定期整理细信息采集器。
4结语
目前,随着无人机轻便灵活、操作简便等优势的显现,无人机被越来越广泛的应用于城市建设、水土保持监测、防汛抗旱、应急突发事件等方面,技术也在不断提高和成熟。因此,应在工程测绘中广泛应用无人机遥感技术,来大大提高工程测绘的精度,获取更清晰、质量更高的影像信息。