无人机航测技术在丰顺县地质测绘中的应用_方宏涛.pdf

141管理及其他Management and other无人机航测技术在丰顺县地质测绘中的应用方宏涛摘要：无人机测量技术具有成本低、分辨率高等优势，但测量精度还有待进一步提高。为此，提出无人机航测技术在丰顺县地质结构测绘中的应用研究。综合对比各类无人机性能，选择固定翼无人机作为航测设备，与地面控制站、摄影模块、导航与通信模块共同组成航测系统；设置准备阶段的具体任务，布置像控点，分配执行与返航阶段的任务；将重叠度、航高和相片倾角作为重点采集的数据，通过外业调绘校正畸变图像，检查遗漏目标；利用三角测量法，连接单个地物模型，构建整体航带模型，经过模型解析获取目标的地质坐标系，完成地质测绘。应用效果表明，该方法具有较高的测绘精度，发挥出分辨率高、测绘便捷等优势。关键词：无人航测技术；地质测绘；外业调绘；三角测量；控点布置在工业化快速发展过程中，地质测绘始终是土地管理及规划面临的主要难题。为加快整体开发进程，提供实时有效的地质结构信息，通过航天影像采集地理数据的方法已经得到广泛应用。其中，无人机航测技术获得很好的应用效果，已经从研发阶段快速发展到应用阶段。主要具备如下优势：体积较小且质量轻，飞行灵活，方便起飞降落，尤其在野外作业中效率极高，可以实时掌握工作环境，便于操作；成本低，但分辨率高；拍摄范围大，安全性能好，基本不会受到天气影响。虽然无人机凭借种种优势在众多航测技术中脱颖而出，但是测量精度还有待进一步提高。当飞行姿态不够稳定时，采集到的图像产生一定畸变现象，影响地形信息采集精度，降低地质测绘效果。为解决这一问题，本文将丰顺县作为研究目标，探究无人机航测技术在丰顺县的应用过程。分析航测系统整体结构组成，布置像控点，通过三角测量和外业测绘等流程完成无人机在地形图测绘中的应用。应用结果表明，无人机的航测误差得到有效控制，能够精准定位目标的坐标位置，区分目标种类。1 无人机技术简要分析无人机技术又称低空遥感技术，一般来说是在无人机上安装数码相机，通过无人机进行低空航拍，然后对地面的地理信息进行采集和整理。一般来说，无人机可以用于1000米以内的空中作业，随着技术的发展，无人机技术可以与GPS技术完美匹配，让无人机进行自动导航。此外，由于无人机体积小、灵活性好、机动性强，还可以在云端或云下拍摄，为传统拍摄难以做到的工作提供一些技术支持。近年来，无人机技术在我国很多领域取得长足的进步。例如，它们经常被用于检测和应对自然灾害、建设智慧城市和测量土地资源，尤其是在社会紧急情况下。因此无人机为安全做出突出贡献，有效提升我国灾害和事故管理能力。2 无人机航测技术在基层测绘工作中的优缺点2.1无人机航测技术在基层测绘工作中的优点2.1.1无人机测绘范围较大。无人机航测技术在测绘工作中最明显的优势是测绘范围远、空间广，同时无人机还具有一些功能，即可以在一定范围内跟踪信息。大面积，大空间采集整理的同时，还可以对小区域和小区域的地理信息和数据进行跟踪和采集，可以满足测绘的各种需求，以及测绘时的测绘精度。同时使用卡片对所采集的数据进行收集，在实际的野外测绘工作中，也可以同时使用多架无人机，同时采集和整理地理信息和数据。在一定程度上，如果近年发展起来的3D建模技术能够与无人机测绘技术相结合，无人机采集到的相关信息可以成功地3D展示，为人们提供更具体、更真实、更详细的信息，同时对制图信息进行收集。2.1.2无人机测绘技术速度快无人机测绘技术具有处理速度快、效率高等特点。在许多自然灾害或突发事件的情况下，测量员和制图员需要在最短的时间内收集到最准确的地理信息，并及时完成信息的数字化。传统的测绘方法难以满足这一要求，而无人机测绘技术可以更好地满足这一任务要求，及时进行信息与数字的转换。在使用无人机进行测绘时，最大测绘范围可以达到高速公路2000多平方米，所以在遇到紧急情况时，这个测绘范围基本可以满足人们的需求，并提供快速处理突发事件的基础和条件。2.1.3无人机测绘周期性强无人机拍摄和制图作品具有很强的周期性。在实际测绘过程中，使用无人机进行测绘不仅仅是使用无人机进行工作，也不是使用一个无人机系统进行工作，而是使用无人机作为主要的测量手段。大地测绘技术、基础设施地理信息数据采集与整理将共同完成。在这个过程中，无人机技术充分展现其高效灵活的特点，为整个系统提供简单快捷的技术服务，为整个系统的运行节省时间。由于基础设施的测绘是一项复杂且重复性的工作，在工作设计中使用无人机技术可以更好地保证基础地理信息采集、整理和分析的完整性和频率。2.2无人机航测技术在基层测绘工作中的缺点人机航拍技术虽然具有诸多优势，但也不可避免地存在一142管理及其他Management and other些不可忽视的劣势，如装载相机不专业、环境影响大、防护措施不足等。2.2.1装载摄像机不专业由于无人机航拍的性质和要求，无人机更加注重灵活性和速度，因此在生产过程中其体积和质量不可避免地受到限制。体积和质量导致无人机拍摄照片的清晰度和可靠性与专业相机相比存在一定差距，这给数据分析带来一定的困难。2.2.2受风力影响较大使用无人机进行航拍和拍摄，受到天气的影响，尤其是风的影响最大。因此，无人机在空中进行拍摄时，当天气发生变化，尤其是大风时，无人机的导航和拍摄都会出现困难，从而导致无人机无法正常运行，或者即使无人机可以在有风的环境中运行也不易操作，接收到的信息数据和图像质量低。2.2.3防护措施不足现有针对无人机的防护措施不足。无人机航拍更常用于环境条件恶劣的地区，以代替恶劣环境下的体力劳动。由于无人机的机械特性，它们受某些恶劣环境条件的影响小。但由于现代无人机防护措施不足，无人机在使用上存在一定的弊端。3 无人机航测的基本流程3.1划定航测区域使用无人机进行航测时，应该根据具体的项目要求，对测绘区域加以确定，对航拍区域进行坐标划定。3.2现场勘查对划定航测区域进行确定后，应该对现场加以勘察，对飞行空域加以明确，并进行起降空地和空中管制工作的协调。3.3规划设计航线完成现场勘察后，对无人机航路，如航拍的飞行路线、飞行时间、飞行高度、天气选择等进行规划设计，确保航拍数据高效、准确、无死角。通过编译完整可靠的路线规划设计。3.4汇总航测数据完成无人机航测后，应该对拍摄的数据进行收集和整理，确定航测数据和拍摄效果是否符合成片数量。3.5数据后期制作处理最后，必须对测量数据进行校正、处理、编辑和输出，具体操作可以使用适当的数据处理软件。4 无人机航测技术在丰顺县地质测绘中的应用4.1无人机航测系统建立（1）无人机无人机是组成航测系统的最关键设备。现阶段，机型种类丰富，如何选择最适合的机器是地质测绘的关键。结合丰顺县的地理位置特征与环境特点，经过对比分析，选用固定翼无人机。此种无人机利用机翼完成起飞和降落操作，通过动力系统辅助飞行。与旋转翼无人机相比，结构更加稳定，具有较强的抗风性能。另外，此种无人机的续航时间高达15个小时，并能与各类型传感器相连。起飞形式也多种多样，例如滑行、助推等。按照飞行时间、高度范围等指标划分。（2）地面站控制模块控制系统由电台、地面站软件以及计算机等子系统构成。通过控制软件实时定位飞机的飞行位置，采集坐标信息，利用计算机获得飞行航迹，达到无人机遥控目的。无人机能够自动驾驶，按照预先设定的轨迹飞行，也能够根据具体情况改变航迹。控制软件和无人机之间能够实现双向通信，通过控制站设置飞行参数与传感器参数，实时调整飞机状态。同时控制软件根据无人机发回的实时数据，标注飞机具体位置等相关信息，确保操作人员可观察到飞机飞行情况。（3）摄影系统数码相机是摄影系统重要设备，根据控制系统下达的指令完成拍摄工作，采集到的地质影像信息将自动保存在相机储存卡中。（4）导航系统为无人机导航定位提供依据，引导无人机飞行方向，控制飞行轨迹，并且在遇到危险时能够确保无人机安全降落。导航系统通常包括GPS、接收天线以及处理器等设备。（5）通信系统将数传电台作为无人机通信的桥梁，不仅可以发送飞行信息，还能接收控制指令。4.2无人机任务执行阶段划分准备阶段：结合飞行任务要求，制定拍摄方案，确定最佳起飞和降落场地，制定紧急情况处理方案，全面检测系统状态，做好调试工作。此外，最为重要的一点是航线设计与像控点布置。具体布置方法如下。布设方法选用区域网布置，在平地中需要满足首条和最后一条航线的基线数跨度低于8的要求。将整个区域看作一个四角网络，每个角落都应布点，在网络内部，如果目标不易选择，将其中布点改作高程点。使用GPS技术拟合像控点，在分段拟合时必须充分检验是否满足布置要求。针对像控点选择操作，需在地物特征明显的地方选择，通常选在交角良好的地质结构测量交点上。任务执行阶段：无人机到达起飞区域后，操作人员完成飞机的检查工作，将事先设定好的航线输入在自驾仪中，再进行飞机的野外性能测试，避免出现无法启动现象。无人机启动后，操作人员通过遥控设备控制飞机爬升，当飞行高度达到200米左右时，状态基本稳定，切换到自主飞行模式。导航系统控制飞行线路，计算出设定线路与实际航线的误差，并自动规划正确线路，将无人机引导到正确轨道上。地面监控设备实时显示飞机的各类参数，如果发现异常情况，及时调节。相机结合航线特点自动拍照并储存，但照片的位置数据会保143管理及其他Management and other存在自驾仪中。返航阶段：结束航测任务后，无人机在控制系统引导下，降落到指定地点。操作人员根据地面站提供的信息，参考周围实际情况，找准实际切换指令。无人机平稳着陆后，操作员将拍摄的信息输入到地面站中，检测并擦拭无人机，将其放入包装箱中。4.3地质测绘应用（1）航测数据采集重叠度：指邻近像片之间重合部位边长与像幅整体长度的比值，包括航向重合和旁向重合。只有保证有足够的重合度，才能为三角测量提供支撑。通常情况下航向重合度为70%左右，而旁向重合度不低于8%。相片倾角和旋角：倾角表示摄影时主光轴和铅垂线间产生的夹角，旋角是邻近相片的主点连接线和航线间的夹角。（2）外业调绘结合内业采集的影像，按照合理的比例尺打印为纸质图像。外业调绘的具体内容为：纠正采集错误的地物信息，实时发现是否有遗漏的重要目标；校正变形地物图像，审核重要目标点精度。在图像校正过程中，辐射校正尤为重要。主要目的是去除传感器因大气密度不均匀导致的辐射偏差。通常情况下地物反射率和像素亮度是对应的，但由于辐射影响，形成偏差，因此必须进行校正。（3）三角测量三角测量的主要意义在于：当测绘范围非常大时，通过该方法实现分区域测量，确保地物坐标统一，减轻工作量；可实现海量地物点坐标计算，且实时性高；为测绘提供最基本的数据，包括定向信息和像片参数等。如果三角测量操作不当，不仅会浪费大量时间，还会需要很多人工辅助，工作效率明显下降。这是因为在测量过程中，需要转测加密点。为了避免上述现象出现，在控制点利用人工操作，其余内容通过计算机实现。使三角测量过程更加智能，这样不仅能选取合理的连接点，还能删除一些无用点。在计算机协助下，做到高效准确测量。在计算机替代人工基础上，本文利用航带法完成三角测量，通过连接单个地物模型，建立完整的航带模型。将经过定向处理的航带模型作为解析处理目标，以模型测量坐标为观测值，结合控制点的测量坐标和邻近航带公共点的坐标获取目标点的大地坐标。在低空测绘中使用常规航拍技术时，由于地形和环境的影响，测绘结果往往出现一些问题，例如，由于地形问题，航拍仅限于拍摄。云层也会受到层的影响，一方面影响航拍的安全，另一方面降低航拍的质量。无人机可以有效解决这个问题，无人机的升降对外界环境没有特殊要求，受地形影响也较小。另外，在拍摄过程中，拍摄过程和拍摄效果不会受到云的影响。最后，无人机航拍过程中，无需人员实时跟踪，所有操作都可以通过遥控技术进行，可以有效保障操作人员的安全。5 应用效果分析经过仔细研究丰顺县实际地质结构发育情况，选用型号为IFAUAV-3型号的固定翼无人机，虽然其他型号的无人机灵活性更强，但是不适用于该地区航测。在丰顺县偶尔出现大风等恶劣天气，只有该型号无人机能够最大程度避免大风影响，尽量保持姿态平稳。本次应用选用的相机型号为EOS5DMark相机，具备全像素双核感应器。拥有多个处理单元，能够更加精细化的处理图像，有效减少失真现象。此外，该相机还有识别遮挡物体的功能，自动对焦精度较高。利用上述过程完成汇丰县地质测绘，选取8个主要目标点，分析这些点的航测坐标和实际坐标之间的误差。所提无人机航测技术能够准确获取目标点的位置坐标，虽然有时会出现一定误差，但整体误差较小，满足测绘需求。这些误差产生的主要原因包括：无人机飞行姿态导致的误差，当姿态不稳定时容易出现畸变现象，因此在校正过程中出现一定误差；控制点采集误差，在野外确定相控点时，难以准确找到检测点，影响采集精度。我国土地资源广阔，尤其是核心地区，土地资源量大。借助无人机航拍技术，可以及时了解这些土地资源的种植和使用情况。此外，与传统的大地测绘技术相比，无人机航拍技术节省大量的人力、物力和财力，可以帮助国土资源部门更好地建立动态的土地管理体系，进而实施有效的土地管理。另外，为证明无人机航测技术的拍摄效果，根据采集到的图像信息，对多种类型地质结构进行辨别，并没有出现识别错误的现象。表明该方法分辨率较高，在地质测绘中有很好的应用效果。7 结论现阶段，我国部分基层建设还没有大中城市建设完善。因此，如果发生自然灾害或意外灾害，他们的承受和应对能力也会降低。无人机航拍技术可以及时识别和跟踪灾情，促进核心区的救灾工作，减少灾害对地区和人民造成的损失。在信息化时代，如何高效准确的获取地质信息已经成为学者广泛关注的话题。无人机航测技术在此方面展示出独特的优势，但也存在一定问题。本文针对航测精度低等问题，建立无人机测量系统，布置每个阶段的任务，通过外业数据现场勘查分析是否存在漏拍等现象，利用三角测量技术获取目标的大地坐标，将采集到的地质所有信息进行整合管理。应用效果表明，该方法测量精度高，能够准确分辨出地物信息，具有较强的推广价值，发挥出无人机航测灵活、便捷等优势。（作者单位：丰顺县自然资源技术中心）