浅谈无人机低空摄影在河道带状地形测量中的应用

来源:用户上传      作者:

　　【摘要】本文从生产案例出发，以目前最先进的航测技术为主线，对无人机航测的一些特殊问题进行分析，并就其存在的问题提出解决措施，以期为我国无人机航测技术在水利测绘方面的应用积累经验。
　　【关键词】无人机低空摄像;涡河河道;地形测量;地形地貌;应用
　　
　　本文以无人机低空摄影为主要研究对性，通过对无人机低空摄影优劣势的简单分析，进而深入探讨了无人机低空摄影在涡河河道带状地形测量中的应用。涡河作为淮河中游左岸的一条支流，为我国淮河流域提供了丰富的水利资源。而在对涡河治理的过程中，需要利用诸多与涡河河道相关的地形数据，为确保能够快速、准确的采集到相关的数据信息，为设计工作的进行打下良好的基础。
　　1 无人机低空摄影原理及优劣势分析
　　1.1无人机航测原理
　　在涡河的航测中采用了光束线法的测量原理，以下就光线束法的应用原理进行简单介绍。光线束法在使用中，以像点、投影中心点以及地面点三点共线为条件，解算单元设定为单张像片，借助像片公共点和野外控制点，把各张像片的光束连成一个区域，完成整体平差，继而完成加密坐标的解算。解析摄影测量方程如下：uxx+uyy+uzz=0x、y、z分别表示某地物点在某一空间坐标系中的坐标。
　　1.2无人机低空摄影的优劣势
　　无人机低空摄影作为当前较为先进的科学技术，对地理信息进行采集时，受到自然天气的影响较小，可以拍摄出清晰的地质面貌、水文等图像;而且，拍摄是由无人机自动完成的，避免了人为因素的影响，使拍摄的效率更高，安全性更强;同时，在当前科学技术快速发展的基础上，无人机机载相机镜头更加灵活，可以从多个角度完成拍摄活动，并且拍摄出来的画面具有较高的分辨率。同时无人机低空拍摄依然存在一些缺陷。首先，无人机飞行控制难度较大，常常出现倾斜的现象，导致影像模糊不清;其次，拍摄的速率较快，在短时间内可以获得大量图像，由于图像之间存在差异的影响，为模型的建立增加了难度;最后，数据采集时，需要对相机频率进行不断调整，从而增加了接边的难度，导致信息误差较大。
　　1.3空三加密及成图
　　空三加密采用北京四维远见公司开发的TG-AT加密软件进行。无人机自重较轻，受风力等因素的影响，飞行姿态不稳定，飞行倾角、旋偏角过大，航线弯曲、像片比例不一致，容易扭曲变形等，采用自动与手动相结合的方法进行空三加密，涡河测区多项式法整体平差精度检测。
　　1.4摄影条件及像控点测量
　　利用无人机对该测区进行两条航带的航摄，飞行质量良好，影像清晰度高，照片色彩均匀，饱和度良好，能够清晰判断地物信息，可满足1∶5000成图要求。控制点测量采用GPS实时动态定位（RTK）的方法进行测量，像控点对最近基础控制点的平面位置中误差不大于0.3m，高程中误差不大于0.3m。
　　1.5地形数据采集
　　利用JX4G数字摄影测量工作站成图系统进行数据采集。在测图过程中，发现河道及河道附近地形变化比较大，地物复杂，树木繁多，水域面积大，数据采集有一定的难度。不同的作业人员采集高程差距很大，造成河道附近无法接边，为了证实高程和平面精度是否过大，我们采用同一套设备，在同一测区，由不同作业人员进行实测，发现平面位置误差小，满足精度要求，离河道较远的平地点高程误差小，河道内及河道附近高程误差大，尤其是水面及有树木遮挡的地方。为此，我们重新定向，检查定向精度，单模型中误差等未发现异常现象，因此采取内外业结合的方式，高程采取全野外GPS（RTK）成果来解决高程不稳定问题，平面采取JX4G数字摄影测量工作站成图系统实测成果，结合Ao-tuCAD2007进行数据编辑。
　　1.6摄影条件及像控点测量
　　无人机对涡河河道拍摄的过程中，利用两台无人机共同进行拍摄，航拍过程中，无人机飞行状态良好，拍摄的图像清晰度较高，并且，图像色彩均匀，可以准确判断出河道的地形地貌信息，完全符合我国河道信息采集的要求。采用GPS-RTK实时动态定位的模式采集像控点的数据，所有相控点的误差均在0.3m以内，也符合我国数字航空摄影测量的相关规范的要求。
　　1.7航拍流程
　　利用無人机低空摄影对涡河河道带状地形测量时，主要由以下流程构成：（1）根据工程的要求，编写任务书、生产计划书;（2）收集航拍区的已有资料;（3）航带设计，航空摄影;（4）进行像控点/检查点测量、空三加密;（5）内业采集涡河河道的DLG数据;（6）DLG数据外业调绘;（7）对采集的数据进行检查与验收。
　　2 无人机航空摄影测量优缺点
　　2.1优点
　　①环境因素。无人机航拍受天气、地理环境影响较小，可低空飞行，飞行高度可在千米以内，方便灵活。②经济方面。无人机航拍成本低，效率高，安全系数高，携带方便，操作灵活，低空飞行不受管制，随时可飞行，节省了人力物力。③拍摄效果。无人机机载相机型号多样化，遥控操作，镜头灵活，多角度拍摄，分辨率高，打破传统拍摄的局限，不受云层、高层建筑物遮挡的影响，可得到纹理清晰的影像。④精度方面。无人机属于低空飞行器，为近距离拍摄，能够将地物信息表述清晰完整。精度高低取决于航摄仪及其飞行状态等，根据项目要求，可结合其他测绘方式提高其精度。⑤速度快。利用无人机航摄，不用申请空域，可以快速完成航摄。
　　2.2缺点
　　①无人机飞行姿态不稳定，飞行倾角、旋偏角过大，航线弯曲、像片比例不一致，容易扭曲变形。②像片像幅小，数量多，导致测图定向和立体模型套误差大。③数据采集时频繁更换相对，造成接边困难，误差大。
　　3 结语
　　综上所述，无人机低空摄影既有它的优点也存在不足之处。优点表现在受外界环境影响较小、操作灵活、机动性能好、使用方便、安全性高、拍摄效果好;不足之处在于受风速影响大，地面有植被覆盖时高程误差较大。但通过对无人机低空摄影在涡河河道带状地形测量研究后可以发现，优势更加明显，并且，在实际操作中，可以通过对无人机的控制，将劣势控制到允许的范围内。选择在植被稀少的季节航拍，或者采用GPS-RTK野外补测高程点，仍然可以提高工作效率。因此，无人机低空摄影可以在地形测量工作中进行广泛的应用。
　　参考文献：
　　[1]朱大康.无人机低空摄影测量影像质量控制的研究[D].南昌：东华理工大学，2016.
　　[2]张祖勋，张剑清.数字摄影测量[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996.
　　[3]国家测绘局.CH/Z3004-2010，低空数字航空摄影测量外业规范[S].北京：测绘出版社，2010.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-14969831.htm