無人機在地形測繪工程的應用

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摘要：當前，我國在地形測繪方面獲得快速發展，尤其在無人機技術不斷推廣應用過程中，取得顯著成績。無人機技術主要是將傳感器、通信設備等安裝在無人機機身上，并借助通信定位手段開展測量工作。對此，本文闡述了地形測繪中無人機優勢、介紹了無人機原理，并分析了地形測繪中無人機應用，希望能夠為相關部門與人員提供參考。

關鍵詞：地形測繪；無人機；應用分析

在我國經濟快速發展過程中，為科技經濟發展提供良好經濟保障，進而有效促進電子產業發展，而我國無人機技術也得到快速發展，相關技術更加成熟，在各個領域中均有著廣泛應用。對于測繪工程而言，借助無人機、遙感設備以及其他設備開展定性測量，可以有效強化測量質量與效率。以無人機角度分析，在工程測繪、農業測繪、自然災害測繪等方面均有著良好應用效果，在精準收集實時數據過程中，可以有效保證數據傳輸效率[1]。

1地形測繪中無人機優勢

現階段，我國各個行業均開始不斷進行細化建設，以趕超世界水平。對于測繪行業，及時、精準采集代表信息同時進行各類地圖繪制工作已經成為重點內容。而要想實現這一目標，需要保證測繪方法前進性與有效性。而航空測量是快速收集地理數據的技術方法，然而傳統航空測量技術在氣候條件與機場等方面具有較強依賴性，測繪成本較高，并且測量周期比較長，對大比例尺測繪工作中數字攝影技術應用造成一定影響。例如，使用衛星遙感技術過程中，因為受到軌道影響，每天都會在固定時間過頂，因此時效性無法滿足工作要求，難以開展應急觀測。另外，載人飛機雖然不會受到軌道與時間等因素影響，然而基于惡劣氣候環境下，為了保證工作人員安全，基本上不會開展測繪工作。微波遙感技術能夠克服氣候與云層等因素影響，然而因為探測原理有所不同，無法對紅外線遙感以及其他技術手段進行完全替代。同時，傳統航空遙感技術的測繪成本較高，無法在各個測繪工作中進行廣泛應用，若是采用人工測繪方式，則需要投入大量物力、人力等資源，并且測繪效率較低，在地形影響下無法保證測繪工作有序進行。而無人機測量技術具有高效率以及低成本等特點，在地形測繪領域中的應用更加廣泛，其主要具有以下優點：①測繪無人機屬于低空飛行器，飛行高度一般距離地面幾十米、數百米，與傳統航空遙感技術以及普通航空攝影技術相比，其能夠有效突破云層因素限制。②因為始終保持低空飛行，因此相比于其他技術，其分辨率更高，所以性價比突出，同時可以便捷申請空域。③無人機體積小、成本低，在工作人員培訓、維護與保養等方面均具有較大優勢，同時培訓周期短，所需人力少，一般在7—14d之內即能夠完成無人機培訓工作，工作人員可以熟練操作無人機。④無人機能夠搭載各種傳感器，進而有效提高無人機功能的靈活性，一架無人機不僅能夠完成測繪工作，同時也可以用于監測與救災等工作中。因為無人機可以多角度收集地表信息，因此能夠實現3D建模。⑤若是地形較為復雜，則無人機能夠便捷地進行轉場，機動性突出。同時在氣候方面并無嚴格要求，在小雨、刮風以及陰天等條件下均能夠開展測繪，另外，可以在短時間內完成數據收集工作。⑥相比于其他測繪技術，無人機測繪能夠有效保證工作人員的安全[2]。

2無人機原理

2.1硬件系統。無人機硬件系統主要涵蓋飛行平臺以及地面站兩方面內容。首先，飛行平臺。無人機的飛行平臺一般指機體本身，以整體角度分析涵蓋機體、飛行系統、攝影系統以及通訊系統等。機體有涵蓋：①飛行棋裝置，起落架、螺旋槳、機翼、機身等；②動力裝置，耗油設備、電池設備、馬達等；③飛控設備，需要體現設計飛行任務，同時對飛機當前剩余電量、姿態角度以及地理位置等信息結束無線通信方式向地面站傳送；④GPS導航系統；⑤傳感器、云臺等裝置；⑥一些無人機還會配備降落傘與彈射架，主要根據降落方式與起飛方式確定。通常，測繪中相關無人機翼展在2m左右，選擇碳纖維作為龍骨材料。選擇木材、玻璃纖維或是航空泡沫作為機翼與機身材料，有效控制飛機自重。若是選擇汽油作為動力能源則航行速度在100km/h左右，若是選擇電池則速度在70km/h左右。其次，地面站。地面站主要是開展測繪活動時，工作人員操控的設備。主要涵蓋監控系統、通訊系統以及任務系統3個部分。任務系統主要是測繪前為無人機飛行規劃測量面積、航高、航向、航線以及照面重疊度等。對于通訊系統，主要是向監控系統實時傳送無人機地理位置、剩余電量、空速、飛行軌跡以及姿態等，可以保證工作人員實時掌控無人機狀況[3]。2.2無人機工作流程。在測繪工作中應用無人機時，主要涵蓋三方面內容：①前期規劃，需要進行現場勘查之后進行航線規劃，因為地形存在差異，無人機起降點以及實際操作情況均會存在差異，并結合地形起伏情況合理控制像控點的密度，因此前期數據收集以及規劃工作對于無人機運用效率具有重要作用。②外業測繪，主要涵蓋飛無人機回收、飛行操控、航向預設、象限設定以及機體拼裝等。③內業數據處理，主要涵蓋以空三數據為基礎構建模型以及處理影像信息，借助影像拼接、鑲嵌以及裁剪等，獲得處理數據。

3地形測繪中無人機應用分析

3.1立體采編技術的應用。借助無人機技術開展地形測量活動，可以有充分保障測量質量與精確度。無人機針對相關地區的森林、建筑與等地形完成航空攝影測量之后，會獲得大量原始地質數據，通過科學運用內力立體信息，對無人機收集的相關地形信息展開科學處理與編制。處理數據是為了有效提高數據編制合理性和科學性，盡量采用人工操作手段，采編地址條件中水涯線、等高線以及其他重要數據，以有效提高設定產量的準確性與科學性。開展該項工作時，應該對地形結構、物體線節點以及其他數據信息進行充分控制，另外，還應該確保無人機開展航空拍攝活動中收集的數據資料具有較高準確度，若是數據缺乏準確性則會對采編合理性產生嚴重影響。開展房屋結構測繪工作時，測量人員應該充分描繪給類型房屋的外部輪廓，認真校正建筑的結構輪廓與外房檐。若是存在死角區域，應該認真進行標記，進而有效確保測量工作準確度與科學性，避免后續測量活動中業內立體數據出現編碼不統一以及其他問題，進而導致政策測量結果出現偏差。3.2像控點布設的應用。針對山區或是城市地區開展地形測量活動時，在應用無人機過程中，應該先設置像控點，該工作主要涵蓋兩點內容，①網點設置區域；②像片控制點區域。設定區域網點過程中應該根據地面的平行高度進行科學劃分，合理確定無人機航拍線路，通常應該設定8條基線與4條航線以有效提高無人機航行準確度。另外，針對各種崎嶇山地、航線跨度等情況，可以針對性地劃分6條或是2條不同航線，若是測量區域內的地形缺乏嚴格性，則應該設置相應航線。對于像片控制點區域測量活動，通常借助GPS技術設定控制節點，一般設定E級或是D級兩種級別，以C級控制點為切入點，開展實際測繪工作時，可以借助相關控制設備科學設定網絡PKT控制體系，以有效提高測量效率。在確保測量活動有序進行前提下，應該將無人機精確度特點有效發揮出來，科學設置CORS網絡。借助RTK流動站為無人機的控制點提供有效保障，進而有效提高數據圖的傳輸質量。另外，可以通過流動站數據實現拓展，根據測量區域中地形條件，精準設定投影參數與高程，促使不同數據之間能夠充分進行互通。開展工作實踐時，應該科學設置數字信息與數碼影像的頻率，同時相關監測點應該展開再次檢測[4]。3.3空中三角測量的應用。三角測量主要涵蓋解析三角測量與模擬測量2種形式。一般，會選擇解析測量方法開展地形測繪工作，并與模擬方法進行對比，解析法的精度更高、速度更快。開展測量活動時，主要按照以下步驟開展：①空中加密；②三角點測量；③空中三角的加密測量。其中，第一種形式主要針對突出地物開展空中定位，開展空中測量活動時，應該科學設定標識線，保證距離合理性，例如，無人機攝影儀測量比例為1:1000，實際工作中，借助加密標識之后距離在1.0mm以上，后者實施時，若是測區內出現山谷、河道等，則設定無人機航線過程中，應該科學設定高度差值，以有效保證無人機在實際運行過程中的穩定性。對于特殊地形的測量，例如坡度較大的地形中，一般應該在空中進行三角加密點設置，同時加密點添加數量應該保持在2個以內，開展自由邊緣規劃過程中，需要針對測量區域范圍內的控制點來進行有效的加密。另外，完成三角點加密之后應該繼續進行測量，以有效提高測繪數據準確性。3.4補測操作的應用。開展地形測繪活動時，應用無人機技術過程中，應該充分重視測量盲點問題，根據實際測區中具體位置，科學設定與有效優化測量盲點，對于地形測繪中盲區問題，無人機完成信息收集之后，應該科學分析測繪數據。開展測繪實踐時，借助無人機能夠充分開展測區整體測繪工作，若是出現遺漏問題，可以通過原地形數據進行對比以及補充，充分保證測繪工作效率與質量。另外，還應該結合人工方式予以輔助，對于復雜地形中的測量盲區，測繪單位應該通過人工測量手段予以優化，進而有效提高測繪工作準確度。

4結語

當前，我國地形測繪領域中已經廣泛使用無人機開展測量工作，有效提高測量精度與效率。在設計使用過程中應該充分注意立體采編技術的應用、像控點布設的應用、空中三角測量的應用、補測操作的應用等，進而保證無人機作用充分發揮出來。

參考文獻

[1]呂揚,周慶,侯慶明,等.三維地理信息在輔助冬奧會規劃設計決策中的應用——以2022年冬奧會延慶賽區為例[J].測繪通報,2019(10):133-137.

[2]李帥,張杰.低空無人機航測在大比例尺地形測繪中的應用[J].地礦測繪,2020(04):90-91.

[3]周冰,劉佳瑩,吳峴.免外控無人機系統在電廠地形圖測量中的應用及精度分析[J].測繪通報,2017(01):188-191.

[4]康學凱,王立陽.無人機傾斜攝影測量系統在大比例尺地形測繪中的應用研究[J].礦山測量,2017,45(06):49-52+57.

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