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无人机倾斜摄影测量技术在航道测绘中的应用

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无人机倾斜摄影测量技术在航道测绘中的应用

信息来源:GIS前沿 陈龙海 日期:2022-02-24 编辑: 浏览次数:990次


我国长江干线航道的尺度逐渐提高,航道数字建设和长江电子航道推广运用也在不断建设,航道测绘所花工作量也在逐年攀升,对干线航道的应急测量、快速测量和航道监测工作质量加以重视更为紧要。然而沿用传统的测量技术进行地质灾害调查和测绘工作已无法满足当前航道测绘工作发展的需求,应重视优化引进先进的测量设备与技术以改善工作效率不佳的情况。无人机测量系统是将无人机低空测量技术运用到测量系统中,将其结合形成新型的测量平台,有效提高航道测量的科技水平和工作效率,也能让工作人员的工作量有所减少,使航道测量有科技支撑。

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一、无人机测量系统发展现状

无人机是通过无线遥控设备和机器所在程序进行不载人飞机的控制,包括无人飞艇、多旋翼飞行器、无人直升机、固定翼机、无人伞翼机等。在20世纪20年代出现了最早的无人机,当时无人机被用于靶机训练,在军事中得以使用,直到后来才转回民间使用。20世纪90年代起,发达国家才逐渐认识到无人机的发展空间和重要性,开始重视对无人机的研制,这让无人机的发展得到前所未有的进步。

我国无人机航摄遥感系统的研发工作是从20世纪末开始的,在结合国外先进技术的同时,不断进行技术优化创新,使我国无人机测量系统能适应复杂多变的天气和崎岖的地形,并准确获得相应地理信息数据,这让传统航空摄影测量手段中的缺陷得到弥补。当前,无人机激光雷达系统与无人机倾斜摄影系统是最重要的2个无人机发展方向。

⒈无人机倾斜摄影测量系统

无人机倾斜摄影技术是近几年才逐渐兴起的一项新兴技术,它利用多台传感器通过相同的飞行平台作为搭载,并对某一特定物体进行倾斜和垂直等不同角度进行影像采集,进而获得非常准确的物体信息。这种无人机倾斜摄影具有3个主要的特点:⑴该倾斜摄影能修正正射影像的缺陷,让摄影实物被如实反映出来,使实物更贴切于真实情况;⑵它可在已有的成果影像基础上进行坡度、高度、角度与长度的测量,使得倾斜摄影技术被其他行业所重视与应用;⑶将航空摄影大规模冲突的特征与倾斜摄影批量提取纹理的方式结合建模,能有效节省建模成本,使建模效率大大提升。

⒉无人机激光雷达系统

无人机激光雷达系统主要有高分辨率数码照相机、GPS定位装置、激光测高仪和IMU等构成,它能完成对所测物体的同步测量,测量过程中获得的数据在相应方程式的处理下生成高密度的三维激光电源数据,直接给用户提供所需地形的准确数据,通过无人机激光雷达系统的测量可以使地面控制点的选取大大减少,最终测量精度也变高。无人机激光雷达系统比传统摄像更高效,且所花成本更低,因此也极受重视。

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二、航道测绘中运用无人机测量系统的讨论

⒈航道测绘的特征

航道测绘工作是航道养护工作的基础,也是进行航道规划航道管理、航道建设、航道养护、航道施工等多项工作的重要保障,通过航道测绘能完成流速、流向的观测工作、水深测量工作、路与地形测量工作和建筑物观测工作,类似桥梁、岸线、洲滩、码头、植被、整治建筑物、过江电缆等都利用传统的RTK作为测量工具,利用全站仪作为观测工具,这种传统的测量观测成本较高且达不到良好的工作效果,最终得到的产品精度也偏低,再加上水岸交界处通常为陡岸、陡坎等,测量人员进行建筑观测时无法到达对应的准确地点,工作效率偏低,且给工作人员的人身安全带来一定风险。就长江沿线来讲,许多码头的航标会由水位变化而发生一定程度的变化。此外,电子航道的优化更新与航道应急测量工作的需求表明,当前航道测绘急需快速测量,且需要有优秀的技术与装备进行保障。

⒉无人机测量系统的运用

就长江沿岸来讲,长江所跨区域大,且呈带状分布,形状呈狭长形,长江沿岸所用的无人机测量测图比例在1:5000~1:10000,由于测绘图的比例尺偏小,可利用固定翼无人机对其进行测量。

⑴运用于植被复杂地区的测量。当前,使用的无人机激光雷达系统多数都能对同一脉冲的多次反射进行记录,激光束可能被打到树叶与树干上,或是打到树冠的顶端部分,还可能打到地面被照回。如此就会得到一组多次返回的三维坐标点,且出现分层,这让测量植被复杂地区的地形数据更为准确,有效弥补RTK测量中存在数据信号差的问题。

⑵运用于码头等临河设施的测量。长江所流经的省市较多,因此在长江沿线的码头数量也非常多,许多浮式码头常常会由于水位的变化而发生改变,根据传统的测量手段进行码头等临河设施测量工作往往需要长达几年的时间才能进行一次更新,且测量信息只能对当时测量的位置作出反应,没有良好的实效性。而当前用无人机进行测绘能对码头的数据信息快速获取,进而给航道管理部门的资源保护提供更为准确的信息数据。

⑶运用于岸线、洲滩的测量。通过无人机进行航道测绘能有效提高工作效率,使长江沿岸的岸线和洲滩的测量精度得到大大提升,这对真实反映洲滩与岸线的变化情况有明显帮助。利用传统测量比如全站仪测量和RTK测量来测量陡岸、陡坎会具有一定难度,而利用无人机进行测量则能对这些难以通过人工采集信息的地方做到的数据获取。另外,无人机测量还能获得大量的信息数据,这对于对比特征点数据来讲更具科学性和规范性。可是,在利用无人机进行航拍时要重视设置均匀的布控点,保障布控点设置具有明显的参照物和特征,且确保航线与相片的重叠度保持在一定范围内。

⑷运用于水深测量中。无人机激光雷达系统可通过发射规定长度的波长进行水深测量,当前已将无人机激光雷达系统运用到海洋测量中,由于长江流域中含有较多的悬浮杂质,因此在长江流域运用无人机激光雷达系统的效果还没有非常明显。

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⑸运用于架空电缆、桥梁的测量。架空电缆和桥梁这部分建筑会受到外界温度变化和重力的影响而发生更低点变化与形变,通过无人机激光雷达系统对电缆和桥梁的位置变化情况进行测量,从而获得更的数据,在无人机定期测量下监测架空电缆与桥梁更低点和形变的变化情况。

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⑹运用于地质灾害、船舶流量的测量。通过无人机进行测量能够获得大规模的成像且非常迅速,因此可将无人机测量系统运用到船舶流量监测与地质灾害监测等领域,实现对航道中非法采沙行为的监测,尤其是该系统增加激光雷达后就不再受时间的限制,能获取任何时段的数据信息。

⑺运用于航道整治建筑物的观测。许多航道整治建筑物会在枯水期露出水面,此时可利用无人机监测系统对航道整治建筑物进行数据收集,完成大规模成像和点位坐标定位,完成检测工作,对航道整治建筑物的变化情况和损毁情况进行统计,并结合历史数据作出分析,然后将分析数据报给相关修复部门,从而完成对航道整治建筑及时开展修复工作。

⑻运用于大比例测图中。目前的无人机摄影测量系统更大能够完成1:500的大比例测图工作,且无人机测量系统的大比例操作工作所需工期较短,花费成本较少,获得数据精度高,能有效减少工作人员外出工作的工作量,使整体工作效率得到大幅提高。此外,无人机激光雷达系统还能通过雷达得到无数的数据点云,进而完成大比例尺测图的测绘工作,让图像精度大大提升。

⑼重点技术难题。无人机测量系统在工作过程中明显受到续航时间的限制,尤其是在进行大范围观测时会严重受到续航时间的制约。由于续航时间不足会导致无人机无法安全返航,因此在进行测绘观测时所花费的时间比较短。此外,无人机外出工作时的安全性能有待提升,从而确保无人机安全返航的概率大大提高,尤其是遭受雷暴、大雨、大风等恶劣天气时,更需要保障无人机外出工作能安全返回。

三、结语

我国无人机测量技术的创新研究日益发展且趋于成熟,将无人机从技术运用导航到测量中有助于航道测量工作性的提高,但在无人机测量系统进行测绘时,需要保障无人机的可靠性,从而使航道养护管理工作得到进一步提升,减少工作人员的工作量,给测绘应急服务提供保障,提高航道公共服务的质量与水平,为我国长江沿岸经济建设和综合立体交通建设提供强有力的支撑。

 


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