无人机测绘技术的应用

2020-11-26 10:49:30 admin 5

无人机遥感即是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术,实现自动化、智能化、专用化快速获取空间遥感信息,完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。随着国家创新机制不断完善,在新技术创新的驱动下,我国无人机产业赢得了良好的发展机遇,呈现出蓬勃的发展态势,行业前景十分广阔。无人机凭借响应速度快、处理效率高、运行成本低等优势,在基础测绘、数字城市建设、生态环境监测、矿产资源合理开发利用、水资源开发与水利工程建设、土地利用调查、交通基础设施建设和管理、海洋环境监测、农作物监测与评估、自然灾害救援与预防、城市规划与市政建设、森林防火保护、公共安全等领域得到了广泛应用。

无人机测绘技术在城镇违法监测中的应用

随着城市化进程的加速,城市建设面积不断扩大,大量的农村耕地被征用,各种违法建设问题突出。为掌握城市的变化情况,实施有效的管理,各级政府主管部门迫切需要掌握城市规划布局、土地使用、违法建筑区域、非法占地等方面的信息。

常规的违法建设发现手段主要是依靠执法部门的现场巡视和群众举报,因巡查力量和巡查时间有限,调查取证困难,难免出现纰漏。现有的卫星遥感数据重复覆盖周期不灵活,分辨率无法满足违法建设局部取证的精度需求;而传统航空摄影由于空管、飞行方式及数据处理手段,往往资金投入巨大、生产周期过长,无法满足执法取证对数据时效性的要求。

以无人机为代表的低空遥感技术具有快速响应、操作简便、目的明确、使用成本低、影像成果分辨率高、作业生产效率高等优势;能动态、快速、高效地监测违法建设行为,并对违法建设起到很好的震慑作用,为准确及时的城管执法及决策处理执行提供客观而有力的技术支撑,创新城市管理执法模式。

 项目工作内容

为及时发现和查控违法用地、违法建设。项目以广州市建成区以及城乡结合部违建活跃多发区为监测区域利用低空无人机技术手段,结合广州市大比例尺地形图数据成果开展动态、快速、高效的“违法用地,违法建设”的客观取证、动态监测及综合管理。

1.明确违法监控区,组织无人机航摄

1)根据《广州市严查严控违法建设工作方案》的要求,进一步落实、细化落入广州市建成区以及城乡结合部违建活跃多发区覆盖区域约1500平方公里,是项目需开展无人机航摄的具体区域。

2)根据已明确的无人机航摄区域坐落、周边环境、可选用的起降场地分布等情况,制定网格化的详细飞行计划;有计划、分步骤的获取整个无人机航摄监测区的高分辨率影像数据。

2.高分辨率、现势性强的DOM成果的快速制作

对无人机航摄得到的原始成果,基于先进的低空自动化空三加密,高效完成10cm高分辨率、强现势性的真彩色数字正射影像DOM制作。DOM成果为广州市平面坐标系,按1:2000标准进行分幅。

3.疑似违建区域的快速发现和准确定位

DOM成果与广州市1:500地形图叠加,可快速明确DOM上疑似违建区域的准确位置,为现场巡检、执法提供依据。

 技术路线

项目技术路线如图21.1所示:

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21.1项目技术路线

项目实施的主要工作流程包括:

1、根据现状划定监测区域的具体实施范围。

2、搜集监测区域的基础资料,如地形图、卫星影像等。

3、依据监测区域的基础资料和城市管理的要求,对监测区域划分格网,统一设计航飞路线,制定工期计划,并在空管部门进行航飞路线报备。

3、按照工期计划定期对监测区域执行无人机航拍任务,并对航拍数据进行处理,生成数字正射影像,并对DOM成果进行检查及入库整理。

 作业流程

1.无人机低空摄影测量

无人机航空摄影系统具有分辨率高的特点,最高地面分辨率可达5cm,根据项目要求,可以制作10cm分辨率,满足动态监测违法建设要求。

无人机低空摄影测量的作业流程如下:

(1)航线设计

测区无人机航摄飞行设计从高效、经济的原则出发,综合考虑仪器设备的性能、测区的形状、地形、地势、高差等一系列要素设计飞行时的时间、速度、航高、航向重叠度、旁向重叠度和航行协调等。

1)由于项目航飞区域大,为减少数据接边,保证数据一致性,实施无人机航飞任务进行统一规划,分次飞行模式进行航线设计;

2)航摄分区:按照现行规范要求划分航摄分区,并尽量使分区内地形、类型基本保持一致;

3)航线按常规方法敷设,平行于摄区边界线的首末边缘航线应敷设在摄区边界线外,确保摄区边界覆盖不少于50%像幅,极个别的部分不少于30%像幅;

4基线保证:航向超出范围不少于2条基线

5)同一航线相邻像片的航高差不得大于20米;同一航线最大航高与最小航高差不得大于30米。测区内航高最大、最小值与设计航高值相差最大不能超过50米。实际航迹线与设计航迹线的偏离不得大于1/5图廓长度;

6)航线的弯曲度:航线弯曲度不大于1.5%

7)航片重叠度:像片航向重叠度设计一般为70%,像片旁向重叠度设计一般为40%

8)像片倾角不大于1°,旋偏角不大于5°;

9)航摄应选择在最有利的气象条件,既要保证足够的光照,又要避免过大的阴影,能见度不低于5公里,太阳的高度角不小于30度,摄影时间应安排在上午10:00至下午14:00期间;

10)计划按照优于11000比例尺的精度要求及航摄范围进行航线设计,航带内及航带间重叠范围满足《低空数字航空摄影规范》CH/Z 3005-2010要求。如图21.2所示:

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21.2无人机飞行前利用软件进行航线规划

(2)航摄飞行作业

采用GNSS导航,利用GZCORS基准站与自带了RTK版本的无人机进行GPS差分实时定位,航摄后直接得到高精度的WGS84坐标系成果;利用GZCORS提供的快速RTK测量手段,可快速获得转换控制点在WGS84及广州坐标系下的坐标值,实现最终成果坐标系的灵活转换。

利用飞行管理系统软件控制飞行,保证飞行数据准确。航拍选择天气晴朗、能见度高、风速较低的天气进行航飞作业,获取的影像的清晰度较高,根据飞行高度、大气能见度、太阳高度角和等情况正确选择合理的曝光参数,保证影像质量。航摄结束飞机返场后,摄影员要采用飞行管理软件,立即对获取的摄站点GPS坐标数据作技术处理,当天评价飞行质量,以及摄影范围是否覆盖目标区域、若有不合格航线立即组织补飞。如图21.3所示:

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21.3飞行作业流程图

航摄过程中出现的绝对漏洞、相对漏洞、GPS的连续失锁及其它严重缺陷必须及时补摄。航摄中出现的绝对漏洞和相对漏洞,按照原设计航迹补摄。

2.数字正射影像生产

1)利无人机空三加密的软件模块,以无人机航飞所拍摄的数码航片作为空三加密的原始数据,运用平差软件进行光束区域网平差;通过航测内业方法(包括内定向、相对定向、公共连接点的转刺、绝对定向)构建空中三角网,并将外业控制点成果导入系统按严密的数学模型进行区域整体平差,得到平差处理后的外方位元素和加密点成果。

2)对于部分重点区域,需要精确绝对坐标信息,可以利用1:5001:2000大比例尺地形图直接解析;或利用GZCORS系统快速提取广州市域无人机航飞测区所需要的外业控制点,将外业控制点成果导入系统按严密的数学模型进行区域整体平差,得到平差处理后的外方位元素和加密点成果。实现少量外业控制甚至无外业控制的无人机低空遥感DOM成果的快速制作,极大提高了作业效率。

3)无人机空三加密处理目前主要基于无人机数字摄影测量工作站提供的自动化流程进行的:利用外业控制点进行空三加密,作为控制基础;根据外业像控点分布情况进行加密分区,并对各区域网进行空中三角测量,通过光束区域网整体平差,得到空三加密点成果;在空三加密的基础上恢复立体模型,生成测区的DSMDOM

4)对多个架次所生成的DOM数据进行拼接、调色,如果有需要可按标准图幅裁切出图。如图21.4所示:

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21.4广州海珠小洲村0.1米分辨率无人机样例图

3.坐标转换和监测报告输出

1)基于广州坐标系转换保密参数,对违法建设变化发现检测的数据结果进行坐标转换,将数据成果坐标转化为广州坐标。

2)将广州坐标系下的数据成果与1:5001:2000地形图叠加,明确监测区域位置。如图21.5所示:

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21.5无人机正射影像与地形图叠加

 项目效果和特点

以广州市小洲村、北山村为试点,进行了无人机违建监查试验,获取了高地面分辨率的正射影像,并发现了多处疑似违建。

通过项目实施改善因缺乏“定位性”、“现势性”数据指引所造成的“违法用地,违法建设”难以发现、无法动态监测的现象;扩大单位时间内动态监测的范围,实现查违工作的有据可依。如图21.6、21.7所示:

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21.6正射影像+疑似违建图斑叠加

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21.7






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