低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用研究-王光彦.pdf
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1、第 39 卷 第 5 期2016 年 5 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 39, No 5May , 2016收稿日期: 2015 03 03作者简介: 王光彦( 1982 ) , 男, 河南邓州人, 工程师, 硕士, 2009 年毕业于中国矿业大学( 徐州) 摄影测量与遥感专业, 主要从事无人机和倾斜摄影方面的应用研究工作。低空无人机遥感在水利工程测绘中的应用研究王光彦,姚坚,李登富,赵培( 江苏省工程勘测研究院有限责任公司, 江苏 扬州 225002)摘要: 介绍低空无人机遥感的特点及其应用现状, 分析在小范围水利工
2、程测绘的应用优势。此外, 根据实践,论述无人机遥感数据处理的基本流程以及一些关键技术, 并对其精度进行分析, 论证了其在工程测绘中的可行性。最后, 对低空无人机遥感在测绘中的应用趋势及有待进一步解决的问题进行了探讨。关键词: 无人机; 水利工程测绘; 空三加密中图分类号: P237文献标识码: A文章编号: 1672 5867( 2016) 05 0113 03Study on Application of emote Sensing by Unmanned AerialVehicle in Hydraulic Engineering SurveyWANG Guang yan, YAO Jia
3、n, LI Deng fu, ZHAO Pei( Jiangsu Engineering Exploration Surveying Institute Co Ltd ,Yangzhou 225002,China)Abstract:This paper introduces the characteristic f UAV photogrammetry It is an effective tool in Engineering survey, so summarizesthe application of UAV To testtity the alarming effect of Engi
4、neering application,it presents a programmed example of EngineeringSurvey using UAV and gets a fine result Last serveal key problems,possibilities and prospects of UAV are discussed in conclusionKey words: unmanned aerial vehicale;hydraulic engineering;aerial triangulation0引言随着科学技术的快速发展以及国家对现代化农业的战略
5、推进, 水利工程在促进区域经济发展以及现代农业的发展中起着举足轻重的作用1 。今后一个时期将是水利事业发展的重要时期, 低空无人机遥感作为促进数字水利建设发展的新技术, 在水利工程勘测、 设计、 施工、 竣工验收及运行等多个环节中发挥着至关重要的作用。但是, 常规航空摄影测量受制于空域申请、 天气、 费用等, 影响了工程进度。在短距离带状、 小范围水利工程中, 无人机低空遥感以其灵活性大、 数据现势性强、 影像分辨率高等特点, 不仅减轻了外业工作人员的工作量, 而且对于保证安全生产、 提高生产效率及降低水利工程建设成本等方面发挥出了独特的技术优势。无人机遥感在国外一些发达国家的应用已经深入到各
6、个行业, 在软硬件等方面已经趋于成熟。国内无人机技术业也得到了快速发展, 如江苏水科院、 湖南第二测绘院利用无人机在湖泊水质监测等方面实现实时动态变化监测; 河南水利勘测公司在涡河河道综合治理、 湖南水利水电勘测设计院在莽山水库库区扩容扩建等工程等已取得了初步成效2 。因此, 为进一步深化并服务于水利工程, 本文对无人机遥感在水利工程方面应用的一些关键技术进行探索, 实现大比例尺航测数字产品测绘的技术方法。1无人机遥感系统及数据处理流程11无人机飞行平台无人机遥感是一种以无人驾驶飞行器为飞行平台,通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行控制,搭载小型高分辨率数码相机, 借助卫星惯性导航技术、
7、 无线电通信技术实现低空飞行, 快速获取地面影像数据的系统3 。本文采用的无人机系统为武汉智能鸟公司生产的KC1600 电动型固定翼无人机, 搭载 SONY A7 相机, 利用地面控制系统可以实现航线规划和飞行监控、 航片自动拍摄等功能, 自动化程度高, 稳定可靠, 安全性好。其主要技术参数见表 1。表 1KC1600 技术参数Tab 1Aircraft flight parmeters of Kc1600翼展1 640 mm机长1 000 mm空机重3 kg有效荷载0 5 kg飞行高度6 000 m巡航速度65 km/h抗风能力4 级续航时间45 min起降方式弹射/伞降飞行距离60 km/
8、架次12非量测相机无人机遥感系统由于自身荷载限制, 只能采用普通的数码相机, 即非量测相机。它与专业量测相机的区别就是相机内方位元素未知, 且不稳定。其次, 存在明显的镜头畸变差, 如果直接用空间后方交会来计算相机的外方位元素时, 精度会很差, 这与摄影测量成图直接相关, 因此, 内方位元素和畸变差是相机鉴定的主要项目4 。由于普通数码相机机身和镜头连接并不牢固, 加上运输及飞行过程中的颠簸震动等, 相机参数往往变动较大, 所以, 在航飞前对机身及镜头进行加固, 保持镜头与机身的位置关系不变。为了保证测绘成果精度, 作业前委托专业的相机鉴定机构对相机进行检校, 其检校参数见表 2。表 2相机参
9、数Tab 2Parmeters of camera相机类型SONY A7像幅大小( 像素)7 360 4 912内方位元素/mmXO0056 24YO0 091 90f36 329 56像素大小/m4 88径向畸变系数k14571E 005K21403E 007CCD 非正方形比例系数 4 233E 004CCD 非正交性畸变系数 1 599E 004切向畸变系数p11700E 005p21594E 0052无人机遥感在水利工程中的应用21试验区本文以苏中某一河道闸址选点为研究区域, 该河道为 T 字形, 测量范围为沿河岸 200 m 内, 测区面积大概为0 6 km2。测区内地势平坦, 居民
10、地沿河岸两边密集分布,地物比较复杂, 测区范围如图 1 所示。图 1测区范围Fig 1Geographical location of survey area22无人机遥感作业流程低空无人机遥感作业流程与常规航空摄影测量基本一致, 包括测区踏勘、 航线规划、 低空航测、 快速拼图、 外业像控、 空三解算、 立体测图、 外业调绘等。但由于无人机遥感在荷载、 飞行控制方面以及搭载非量测相机, 使得其在畸变校正、 像控测量以及空三处理等方面不同, 具体流程如图 2 所示。23航线设计根据测区范围和形状、 风向及成图比例尺 1 1 000 地形图要求, 设计 4 条航线, 像片分辨率为 0 08 m,
11、 航向重叠度为 80%, 旁向重叠度为 60%, 航高为 388 m。数码相机曝光按等距曝光, 本次航飞旁向、 航向重叠度都比较图 2无人机数据处理流程Fig 2UAV data process大, 主要是避免飞行过程中受侧风影响, 姿态不稳定, 出现航摄漏洞导致内业无法测图。一切准备就绪后, 机组人员在测区等待合适的航摄天气, 并对航摄硬件进行检查维护, 确保设备处于最佳状态, 待到能见度好时, 逐条航线进行航空摄影, 争取在同一架次或相似的气候条件下执行航飞任务, 共获取 100 张影像, 照片清晰、 反差适中, 彩色色调鲜艳柔和、 均匀, 相同地物色彩基本一致, 满足航摄规范要求。24无
12、人机影像快速拼接及像控测量像控测量与传统航测在作业方法上有所不同, 区别在于无人机影像像幅小、 数量多, 且大多是应急测绘, 不适合利用冲印像片执行像控测量任务。另外, 测区范围内特征点比较多, 所以, 航飞后进行像控测量, 这些像控点均匀分布于测区, 色彩鲜艳对比明显, 在影像上很容易辨识。获取的影像经快速质量检查, 满足相应规范要求, 经过畸变预处理后, 根据每张影像对应的 POS 数据, 实现测区影像的快速拼接。根据快拼影像检查航摄漏洞及设计像控点的布设方案, 按照区域网布点, 间隔 4 条基线布设一对像控点, 为了保证精度, 在区域网凸凹处增添像控点。像控点点位一般应布设在航向及旁向
13、6 片重叠范围内, 困难地区不少于 4 片重叠。相邻子区域间必须有公共像控点。选取的像控点, 其目标影像应清晰、 易于判读,当目标与其他像片条件矛盾时, 着重考虑目标条件。位411测绘与空间地理信息2016 年于自由图边上的像控点应布设于图边外 4 mm。方案设计好后, 在快拼影像上标注出要测的像控点,然后, 导入到平板电脑上, 利用导航软件规划线路, 实现像控点的无纸化快速测量, 极大减少了像控人员的外业工作量。三角形代表平高控制点, 五角星代表检查点, 共实测了 26 个点, 且控制点和检查点的平面和高程精度均优于 5 cm, 分布图如图 3 所示。图 3像控点分布图Fig 3Image
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- 低空 无人机 遥感 水利工程 测绘 中的 应用 研究 王光彦