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无人机遥感技术在公路领域的应用浅析

作者:未知

  摘   要:无人机遥感技术作为计算机技术、RS技术、无人机技术的结合体,近些年随着我国公路事业不断发展,无人机遥感技术的应用也愈加广泛,为公路建设、测绘、巡检提供了新的解决方案,极大的提升了公路事业工作效率。基于此,本文首先提出无人机遥感技术的含义与应用优势,进而探究无人机遥感技术在公路领域中的应用,旨在为推动公路事业发展提供技术支持。
  关键词:无人机遥感技术  公路领域  应用  优势
  中图分类号:U412.24                              文献标识码:A                        文章编号:1674-098X(2019)06(c)-0064-02
  在过去,公路领域主要是应用航天、航空的遥感技术获取公路信息,但由于航天、航空遥感技术成本高,需要配合人工测量,这也降低了航空、航天遥感技术的使用效益。而无人机遥感技术(UAVRS)实现了计算机、遥感技术、无人机技术、POS定位技术、GNSS差分定位技术的集成,能够快速、智能的获取空间信息,并对所采集的信息实时处理、建模、分析。相对传统航天、航空遥感技术,UAVRS具有全天候、分辨率高、实时性强、使用灵活等优势,为推动公路事业发展提供了新的解决方案。
  1  无人机遥感系统相关阐述
  无人机遥感技术(UAVRS)是UAV技术的拓展,主要涵盖了无人机系统、地面保障系统、任务荷载等,可以实现飞行、控制、遥感影响、视频获取、信息传递等多项功能,是多种技术集成的综合性信息采集平台。其中,UAVRS飞行控制导航系统是核心环节,可以实现无人机的导航、定位、自主飞行,其中包括GNSS接收机、惯性导航、飞控板、转速传感、空速传感等,可以根据预设路线飞行,还可以人工对飞行轨迹进行控制。同时,在公路另有勘测中,由于对测绘精度要求非常高,所以要保证无人机飞行姿态足够平稳,而如今公路领域所应用的UAVRS,可以有效控制误差问题,横滚角度误差在±3°之内、俯仰角误差在±3°之内、航向角误差在±3°之内,符合公路勘察、测绘要求。
  2  UAVRS在公路领域中的应用优势
  充分利用UAVRS,为推动公路事业发展提供先进的作业手段和生产工具,相比传统遥感技术,UAVRS的优势表现在如下方面。
  2.1 使用灵活
  由于UAVRS设备体积小,所以投入相对较低,相关技术在多年发展中也较为成熟。同时,UAVRS使用灵活,根据公路不同需求自定义模块,如GPS导航、数码城乡、无线遥控等。
  2.2 测量精度高
  当今UAVRS搭载的摄像系统已经达到了数码相机水平,均在5000千万像素、cm级分辨率等级,在UAVRS拍摄后的视频、图片经过计算机数字化处理完毕后,结合建模软件,可以直接呈现出数字模型,并绘制出精度高的大比例地形图。
  2.3 效率高
  相比人工测量、巡检工作,UAVRS不受地形因素影响,可以有效提升巡检效率,将拍摄数据信息带回分析,不留巡视死角,有效降低了劳动力强度和作业风险,大大提升了工作效率。
  2.4 维护费用低
  考虑到UAVRS采用模块化设计以及小巧的机身,让UAVRS使用、维护费用更低,同时方便运输、容易掌握,一次性投入之后后续投入费用很少。由于UAVRS是公路管理部门所有,何时展开公路巡查、勘察等工作由自己决定。
  3  UAVRS在公路领域中的应用
  3.1 航摄准备
  在前期准备工作中,要制定航摄计划、设备检查、相机校检。在计划当中,通过GPS影响图像叠加公路限位,确定巡检或勘測任务范围,掌握公路地形条件、交通状况,通过现场勘察找出是否有空中管制、军事场所,确定无人机的起降地,针对可能产生的紧急情况制定预案。还需要搭建好飞行平台,采用油动型无人机,最大续航时间在6h以上、最大飞行速度为120km/h,UAVRS一次飞行距离大约在500km,搭载高像素数码相机,自动调整焦距。在正式摄影前,要在室内校检场对相机进行标定,获取相机内方位元素和畸变系数。
  3.2 航线设计
  3.2.1 地面分辨率选择
  地面分辨率选择中,要根据不同比例尺航摄成图标准以及地形条件、航摄基高比、影像用途、测图等高距等,在能够保证成像精度基础上,缩短成像周期、降低运行成本。
  3.2.2 航摄分区
  相比传统航空摄像技术来说,UAVRS由于体积小,所以电池容量小,在一定程度上影响了续航、传感器像幅、单架次航摄面积。考虑到公路线位较长,所以要划分为多个分区分别进行航摄。航摄分区的原则为:(1)航摄布设与路线走向一致;(2)分区地形高差通常不大于1/6摄影航高;(3)在能够保证航线足够笔直的情况下,尽可能划大分区跨度,完整覆盖整个航摄区。
  3.3 布设像控点
  像控点布设为平高点,为了能够确保UAVRS测量精度,像控点采用60cm直径的圆形,泥质地面采用白石灰粉,沥青路面采用白色油漆布设。航线间隔控制在1km,间隔一条航线布置像片平高点。大多数情况下,都是在航向或旁向6片重叠范围布置像控点,尽可能实现像控点的共用。航摄分区接合位置,要在航线重叠位置布设像控点,提升像控点的利用率。采用RTK测量像控点,每个像控点都要测量2次,在2次测量数据差异不大的基础上取均值,保证测量精度。   3.4 航空摄影与成果
  由于风力会直接影响UAVRS成像效果,所以在航摄过程中要确保风力不大于4级。在地面监控站实时监控无人机俯仰角、横滚角、航向角、空速等参数,在无人机姿态长时间超出线差,必须要第一时间召回并重新飞行。
  UAVRS航摄成果主要有原始图像、相机参数、航线、像片结合图、CNSS数据。重点检查影响质量、飞行质量两部分。要求摄像质量成像清晰、反差适中、层次丰富、色调柔和,能够用肉眼看到细小地物形象,并且满足模型建设标准;飞行质量主要包括像片倾角、重叠度、旋角、航高、航摄漏洞等。
  3.5 地形图精度与分析
  采用INPHO全数字摄影测量系统对空三加密,根据UAVRS飞行状况和像控点布设情况,划分为多个区域网加密。在整理航摄成果之后,应用INPHO中的Match-AT模块,将相机参数、POS的文件、控制点成果等信息导入,系统会计算出影像金字塔,匹配区域影响连接点,采用光束法区域网平差,导入加密成果和mapmatrix测图软件,这样即可实现立体采集数字线画图数据。
  在高程差值精度检测当中,通过RTK测量中桩高程,使用UAVRS所获取的地形图信息,导入到软件中生成DTM,在中桩出内插对应高程值,与RTK实际测量的高程值进行数据对比,从而得出高程差,以坐标系形式展示,其中横坐标表示高程差区间;纵坐标表示中桩点个数和差区间所占比重。比较差值小于0.1m、0.2m的比重决定了测量精度,大于0.5m的比较差比重在5%以内视为合格。在检查点精度分析层面上,要结合地形图地物点三维坐标以及RTK实测地面三维锁表对比计算误差,通过计算检查总点和坐标差比值即可得到计算精度标准,误差比重在5%以内视为合格。
  4  结语
  综上所述,应用UAVRS可以获取高分辨率的遥感图像,并且相比传统航摄遥感技術更具优势,如机动性强、操控表里、不受气候条件影响等。通过UAVRS所获取的遥感图像,其平面和高程精度能够满足公路勘测、巡检的要求,能够达到1:2000比例尺精度标准。但UAVRS也并非十全十美,集成高精度POS系统、提升续航、搭载大像幅等是未来UAVRS主要的发展方向。
  参考文献
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  [3] 陈瑞,周颂,郝华东.谈无人机遥感技术的发展与应用[J].山西建筑,2018(22):223-224.
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