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科普 | 無人機攝影測量——新時代測繪解決方案

2020-05-09 08:55 性質:轉載 作者:莫維祥 來源:中國測繪學會
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01測繪的發展歷程公元前2世紀,中國司馬遷在《史記·夏本紀》中敘述了禹受命治理洪水的情況:“左準繩,右規矩,載四時,以開九州、通九道、陂九澤、度九山”。...

01

測繪的發展歷程

公元前2世紀,中國司馬遷在《史記·夏本紀》中敘述了禹受命治理洪水的情況:“左準繩,右規矩,載四時,以開九州、通九道、陂九澤、度九山”。說明在公元前很久,中國人為了治水,已經會使用簡單的測量工具了。近現代測繪技術的發展更是日新月異;20世紀40年代以來相繼出現的測距儀、水準儀、經緯儀、全站儀等地面測量儀器;20世紀80年代,全球定位系統(GPS)問世,目前GPS 實時動態差分(RTK)技術已成熟應用于測繪行業;然而隨著社會和科學技術的進步,計算機技術、通訊技術、高性能傳感器及無人機技術等新型、尖端學科交叉融合形成了新時達測繪-無人機攝影測量解決方案。

02

無人機攝影測量介紹

新測繪一定是三維測繪

無人機攝影測量技術近年來逐步突破了傳統航測精度的限制,結合像控技術,已經能夠滿足1:500、1:1000、1:2000等大比例尺地形圖精度要求。過去進行測繪作業,需要大量進行地面人工打點才能獲取高精度數據。不但費時費力,其合理性還高度依賴于作業員的經驗,甚至當地信號、交通、地理地形等條件。

在工期和成本緊張的情況下,測繪工作人員往往只能盡量減少控制點的使用量,這就對最終成果的精度產生潛在的威脅。當前無人機航測技術大大減少了外業工作量,提高了測繪效率和質量。

效率提高了幾倍甚至是10倍以上。

03

無人機攝影測量系統

無人機攝影測量系統主要有四個部分組成:

  • 測繪無人機

  • 測繪無人機搭載云臺

  • 數據采集軟件

  • 數據處理軟件

無人機及搭載云臺屬于外業模塊,數據處理及數據采集軟件屬于內業模塊。

3.1 測繪無人機

目前國內測繪無人機企業如雨后春筍般涌現,如大家熟悉的大疆精靈4RTK大疆M600 PRO、M210系列;迪奧普SV360系列無人機;飛馬D200、V1000系列;成都縱橫CW系列;比特無人機等;如中海達、南方及上海華測導航等測繪儀器廠商也陸續推出自己的航測無人機產品;部分旋翼、固定翼無人機如圖1所示:

3.2 測繪無人機搭載云臺

隨著攝影測量的發展,無人機搭載云臺也開始急速發展。云臺主要有單鏡頭、雙鏡頭、四鏡頭及無鏡頭四種形式。其中單鏡頭云臺主要用以生成正射影像,也可以通過調整云臺角度達到傾斜攝影測量的效果,如大疆精靈4RTK。多鏡頭云臺主要用以進行傾斜攝影測量。國內攝影測量云臺主要以大疆禪思系列相機、成都睿鉑相機、濟南賽爾相機、飛馬D-OP系列鏡頭、飛盟 AIRCAM-3相機等無人機航測影像云臺企業為主;部分無人機搭載攝影云臺如圖2所示:

3.3 數據處理軟件

測繪技術的發展離不開計算機的發展,現代計算機強大的計算能力為攝影測量提供了可行性基礎。無人機搭載云臺(相機)采集到的影像數據通過空中三角測量及建模軟件進行實體三維建模;目前用的最多最廣的國外三維建模軟件是美國bentley公司的Context Capture。其次是瑞士PX4D公司的Pix4Dmapper,AGISOFT 公司的photoscan,德國的inpho等。其中Pix4Dmapper、photoscan、inpho多用于進行正射模型處理,Context Capture多用于進行三維模型處理,三維模型成果下也可出正射模型。國內上海瞰景開發的Smart 3D實景三維建模軟件,大疆創新也推出大疆智圖等國內建模軟件。部分數據處理軟件如圖3所示:

3.4 數據采集軟件

無人機航測與傳統測繪測量技術的改革在于測量方式的不同,進行無人機航測無需再進行人力現場實地測量,而是通過使用數據采集軟件在無人機傾斜攝影數據三維建模成果上直接進行測量,經過航測得到的三維模型可根據需求建成同實地等比例大小、目標坐標系下的實景三維模型。通過計算機即可在測量區域內進行項目需求的數據測量,如房地一體、地形地貌、道路交通、城鄉規劃、災害防治等。目前使用的數據采集軟件主要有北京山維科技的EPS地理信息工作站、迪奧普的SV360智能三維測繪系統、Hidata及易圖軟件等。生成的正射模型也可以直接加載至Arc Map進行測量及繪制。部分數據采集軟件如圖4所示:

04

無人機攝影測量流程

無人機攝影測量分為外業和內業兩個部分:

外業主要流程為:前期準備、測區環境勘察、像控布設、無人機及云臺搭建、航線規劃、飛行作業、航測數據導出。

內業主要流程有:航測數據整理、POS數據整理(ppk解算)、空三加密、刺像控平差、三維建模及生成DOM/DSM/DEM等、使用數據采集軟件加載生成的模型并進行DLG線畫圖。

4.1 無人機航測外業介紹

為方便說明,小飛機以大疆精靈4RTK為例,大飛機以大疆6旋翼M600為例。分別可搭載單鏡頭及五鏡頭。

航測前期準備需確認飛機硬件正常、電池電量足夠、PPK 及采集像控的RTK等工具設備準備齊全;測區周邊環境勘察確認測區大小、地物的疏密、航測范圍起伏及坡度及預估測區最高地物等,并以此選取最佳起飛平臺及進行航線規劃參考;為了達到高精度測繪需求,航測區域需均勻布設像控點,像控至少三個以上;無人機硬件搭設,通訊測試,磁羅盤校準等準備完畢即可進行航線規劃;航線囊括測區并外擴航高等距距離,設置相應航高,飛行速度及相機設置等;待確認航線設置正確,航線飛行安全即可進行航測飛行;航測結束后檢查飛行數據質量并考取數據;

4.1.1 像控布設

像控布設需囊括測區并均勻分布,攜帶網絡RTK功能及ppk功能無人機可根據實際情況減少50%-80%像控;像控布設以遵循標注清晰、視野開闊、均勻分布、覆蓋測區、像控位置固定、像控布設在無高差平面上為原則;以外業無人機能清晰明顯拍攝,內業能容易準確找到為標準。航測區域及對應像控布設如圖5所示(如玉溪師范學院);像控點采集如圖6所示:

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