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天狼星无人机航摄系统在复杂地形测量中的应用与精度分析

发布日期:2018-01-19  来源:泰伯网我要投稿我要评论

摘要

地形测量是一项复杂而且系统化的测量作业任务,航空摄影测量已经占据地形测量的主战场,然而传统的航摄系统不仅成本高对天气、空管调度等作业条件要求苛刻,而且对作业人员注册送彩金娱乐平台要求也非常高,作业周期无法保证,制约着航空摄影测量的快速发展与普及。无人机航摄系统作为传统航摄系统的有益补充,以其机动灵活、高效快速、节约人力成本等优势在航摄领域迅速得到广泛应用。本文以天狼星免像控无人机航摄系统在内蒙古某露天矿地形测量项目为例,在无需地面控制点的情况下完成DOM、DEM、点云数据的生产任务,通过精度分析实现了大比例尺地形图测制的精度要求,为地形复杂,工作人员无法进入实地测量的地形测量工程项目提供了很好的借鉴。

引言

近年来,随着我国经济的高速发展,地形测绘手段已由纯人工采集点位数据发展为航空摄影来获取和更新地形图以及地理信息数据。传统航摄方式由于成本高、对天气、空管调度难等作业条件限制,不适合小范围地形图数据采集与更新作业,然而基于无人机平台的航摄系统显示出灵活机动、高效快捷、响应能力强、作业成本低的特有优势,特别适用于小区域和应急数据获取。因此,从地形测绘工作质量与效率提升的层面考虑,本文以天狼星航摄系统在内蒙某矿区地形测量工程的应用出发,在无需地面像控点的情况下完成DOM、DEM、点云数据的生产任务,并进行精度分析,其实际测量精度满足大比例尺矿区等复杂地形图精度要求。

1天狼星无人机航摄系统注册送彩金娱乐平台优势

1.1内置高频RTK接收模块,实现免像控航摄

在传统航摄作业模式下,布设地面图像控制点是一项必不可少的工序,不仅占用着项目的人力物力,同时占用着项目至少30%的工期,如果在无人区,没有明显特征点的方位物或者地形复杂的地区,像控就成了制约航摄的瓶颈,在当前地形图测绘项目中经常遇到工作人员进入困难甚至无法人工进入作业的情况,这将大大增加项目开支并延长项目工期。在传统航摄由于云层遮挡等原因造成的空白区,要花费大量的时间、人力物力进行采集数据,这样往往是要损失测绘精度的代价才能完成。

天狼星无人机航摄系统采用地面基站模式,机身上搭载着100HZ刷新率的 GPS RTK装备,在航飞的同时即可实时获取高精度无人机定位信息,该定位信息不仅用于无人机自动导航与飞行姿态调整,而且能保证在航拍的同时获取高精度POS信息。具有RTK固定解精度的POS信息使得每张照片摄影瞬间摄影中心、照片、地面(地物)之间具备高精度的方位元素信息,从而实现免像控状态下平面精度、高程精度能够满足大比例尺地形测量的要求。

实验区航拍曝光点位分布图/图 来源网络

1.2MAVinci Desktop制定飞行计划实现智能化航飞计划管理

MAVinci Desktop可以提前根据测区范围制定飞行计划,同时根据测区需要由作业者临时指定目标区域和指定期望的GSD进行创建飞行计划。作业者可以根据实际需要通过点选范围快速制作飞行计划、模拟飞行、优化调整等操作。在地形高低起伏较大的情况下,无人机可以根据地形起伏自适应改变飞行高度,既能保证无人机飞行安全也能保证影像重叠度,确保影像获取的质量。

MAVinci Desktop采用高集成化一键设计飞行计划,只要输入想要的作业精度值(GSD),导入作业范围文件便可以实现航线自动划分,飞行高度自适应,自动设定飞行带宽及重叠率等注册送彩金娱乐平台参数,大大提高了工作效率。

点选范围点快速实现模拟飞行计划/图 来源网络

1.3AgiSoft PhotoScan Pro+摄影测量与建模软件实现航拍成果快速输出

天狼星无人机航摄系统采用的AgiSoft PhotoScan Pro+摄影测量与建模软件进行空三加密。AgiSoft PhotoScan Pro允许生产高分辨率正射影像和极其精细的DEM/纹理多边形模型,同时无需设置初始值,无需相机校准,完全自动化的操作流程可以让一个非专业人员在桌面电脑上处理数以千计的航空像片并生产专业级的航摄测量数据。AgiSoft PhotoScan Pro数据支持几乎所有的市场上面向无人机数据处理的解决方案与软件程序。

内蒙矿区试验区实现4架次共计3小时飞行,有效作业面积4.6km2,1460张图片,12小时全自动空三加密、一键生成DOM、DEM、点云数据,2小时自动提取点云高程点并生成等高线。整个项目一个作业小组3人在3天时间内轻松完成。

2.工程实施

2.1工程概况及航飞参数设定

项目要求:获取高精度地表数字高程模型用于矿区土石方量计算与开挖设计;工程概况:测区位于内蒙古巴彦淖尔市境内,地理坐标为东经106°09′-106°10′,北纬40°37′-40°39′内;测区面积4.6km2;平均海拔1650m,最低海拔1580m,最高处1720m。该测区地形起伏较大,崎岖不平,地表裸露无高大植被覆盖,属于典型的戈壁地貌,采用常规无人机航测方式缺少明显特征地物用于像控点布设或采集,同时高程精度也难于保证,因此选择天狼星免像控无人机航摄作业方案。

实地工作环境为最高温度4℃,气温较低,为保证无人机自身安全,续航时间设定为35分钟,在MAVinci Desktop飞行计划软件中自动划分4个飞行时段,选择两处起降场地。其他参数设定为GSD地面采样间隔8cm,自适应地形起伏模式,相对飞行高度340m;航向重叠度80%,旁向重叠度65%。

2.2无人机航摄系统测制地形图工作流程

无人机航摄复杂地形(内蒙测区)工作流程图/图 来源网络

本工程采用的航线设计、航飞和影像快速拼接都在MAVinci Desktop程序下完成,AgiSoft PhotoScan Pro程序实现了快速空三直接生产DOM、DEM及点云数据,然后将DEM数据导入Global Mapper软件,利用3D矢量创建高程网格,自动生成1m基本等高距的等高线地貌数据;部分地形矢量数据通过EPS虚拟测图软件进行采集获取。

2.3检测靶标及检测点布设与测量

由于测区内没有明显特征地物点用于精度检测,航测开始前在测区范围内喷绘多处30cm*30cm十字检测靶标,以其中心作为检测点。点位布设情况:设立在石质地表检测点6个,土质地表检测点11个,草皮检测点3个,另有简易房房角检测点1个,共计21个点位,除房角1点位和草皮3点位仅作为平面精度检测外,其余17点位可作平面、高程精度检测。

使用矿区内D级GPS控制网的控制点作为控制基础,利用RTK注册送彩金娱乐平台,在固定解状态下进行测量,为了保证检测点自身精度,每个检测点进行三次测量,取差值小的坐标值的平均值作为最终成果。

3.矿区地形测量精度分析

在当前无人机航摄注册送彩金娱乐平台水平上,主流的航摄系统平面精度比较容易满足限差要求,本文不再比较,仅对高程精度进行重点检验。根据规范规定,平坦地区的高程注记点对于邻近图根控制点的高程中误差不得超过7cm。一般高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差不得超过15cm。其余地区按等高线内插点相对于邻近图根点的高程中误差来衡量,按地形类别划分不得超过表1的规定。

表1 不同地形类别高程中误差标准/图 来源网络

DEM平面检测点点位精度最小值0.021m,最大值0.362m,平均值0.135m,检测点高程中误差0.162m,允许中误差0.25m。经分析,无人机航摄精度可以满足矿区1:500复杂地形图测量精度要求。

Global Mapper软件提取DEM地貌数据/图 来源网络

4. 结束语

本次无人机航摄案例展示出复杂地形条件测绘大比例尺地形图的优势,充分说明小型无人机已经成为一种成熟的新型低空航摄体系,可作为中高空航摄的有效补充,在工程测量领域完成高精度地形图测制工作。天狼星小型无人机航摄系统配备的高集成化得软件处理程序实现了地形图作业流程化,模块化,大大节省了外业数据坐标采集工作量,缩短了工期;同时,“简约式”的工作流程,为测制单位节省了员工培训成本,简单培训就可以完成专业人员关于地形图外业数据采集的工作。已经成为全野外数字化传统测量手段的又一次革新,特别是在人工无法到达或者难于测绘的复杂地形区域,高密度的点云数据和高精度数字高程模型为土石方测算等提供了更加精细准确的计量手段。高精度智能无人机的应用不仅突破了传统航测理论束缚,颠覆了传统测量概念,而且超凡脱俗的作业模式、所见即所得的作业效果更是引起测绘行业的重大变革,实现了有限测量数据到海量数据的获取,可以在众多高精度测绘领域拓展应用。为地形复杂,工作人员无法进入实地测量的地形测量工程项目提供了很好的借鉴。

 

 

 

 
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