數字測圖實訓中低空攝影測量技術的運用論文

時間：2024-07-21 17:33:31 論文范文我要投稿

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數字測圖實訓中低空攝影測量技術的運用論文

　　摘要：

　　近些年來，隨著我國的經濟迅速發(fā)展，各類地理信息庫的更新加快，對土地利用現狀的實時監(jiān)測變得越來越重要。對接行業(yè)最新發(fā)展，在數字測圖課程實訓環(huán)節(jié)，在加強地面數字測圖技術的同時，將低空攝影測量技術引入，對課程內容進行改革，使得學生能夠在畢業(yè)之后，以最快的速度適應崗位，培養(yǎng)出能夠與企業(yè)一線對接的技術人才。

　　關鍵詞 :

　　無人機；攝影測量；數字測圖；

　　一、研究背景和意義

　　進入到21世紀，我國的經濟迅速發(fā)展，各個領域的信息化建設都在加快，由此導致各類地理信息庫需要更新，對土地利用情況進行實時監(jiān)測，制作地理信息專題圖。而傳統(tǒng)的大比例尺地形圖測繪多采用接觸式數據采集方式，在小范圍內、GNSS衛(wèi)星信號弱或有遮擋的地方，用大地測量儀器經緯儀、全站儀等通過導線測量的方法進行首級圖根控制網的布設，采用極坐標法、交會法等進行圖根控制點的加密，然后使用全站儀配備棱鏡桿(困難地段采用無棱鏡或者粘貼反射片)對地物、地貌特征點進行實地數據采集。在范圍比較大、空曠的地帶，采用GNSS接收機按照靜態(tài)測量模式布設首級圖根控制點，用GNSS-RTK快速靜態(tài)模式(控制點測量)進行圖根控制點的加密，使用GNSS-RTK點測量模式采集地形特征點。接觸式數據采集方式是單點測量模式，需要測量工作人員到達每一個碎部點，逐點采集數據，人員需求量大、作業(yè)成本高、工作效率低下，已經無法滿足人們生產、生活的需求。由此，探索更加靈活、方便、迅速的數字測圖方法是很有必要的。近些年來，隨著無人機技術發(fā)展，對基于無人機低空攝影測量技術制作大比例尺數字正射影像圖的需求不斷增加，無人機低空攝影測量作為新興的測繪方法已得到廣泛的應用[1]。

　　利用無人機采用低空攝影測量技術進行野外數據采集又叫航片(橡片)數字采集，是非接觸式采集方式。無人機的機動靈活，在相對于地表的1?000m以下飛行，飛行成本低等優(yōu)點，使得采用無人機獲取高分辨率的影像數據，利用空三加密的方式進行影像校正，生成數字正射影像圖，輸出4D產品。由于無人機飛行高度低以及傾斜攝影測量技術的發(fā)展，其數字線劃圖(DLG)滿足大比例尺數字測圖規(guī)范的要求。無人機低空攝影測量技術是一種高效獲取地理信息的新途徑新方法，將其應用到數字測圖實訓中已經成為一種必然趨勢[2]。

　　二、數字測圖系統(tǒng)

　　數字測圖是以數字的形式表達地形特征點的集合形態(tài)，其實質是一種全解析機助測圖方法[3]。數字測圖系統(tǒng)以計算機為核心，在外接輸出、輸入設備的軟硬支持下，對地球空間數據進行采集、輸入、處理、成圖、輸出、管理的系統(tǒng)。數字測圖主要由地形數據采集、數據處理與成圖和成果與圖形輸出三部分組成。圍繞這三個部分，根據硬件配置、數據采集作業(yè)方式、數據處理方法、圖形成果輸出等內容的不同，產生多種數字測圖系統(tǒng)。

　　按照數據采集作業(yè)方式，一般區(qū)分為原有紙質地圖矢量化數字成圖系統(tǒng)、航測像片矢量化數字成圖系統(tǒng)、地面數字測圖系統(tǒng)。原有紙質地圖矢量化數字成圖系統(tǒng)是根據現有紙質、膠片等地形圖經過掃描和幾何糾正以及色彩校正后，形成在內容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格數據集，就是數字柵格地圖(DRG)。地圖地理內容、外觀視覺式樣與同比例尺地形圖一樣。航測像片矢量化數字成圖系統(tǒng)則是利用航空像片或遙感影像，經過像元糾正，按圖幅范圍裁切生成的影像數據，就是數字正射影像圖(DOM),最后將數字正射影像圖在數據處理軟件的參與下，生成數字線劃圖(DLG)。數字線劃圖是在現有地形圖上基礎地理要素分層存儲的矢量數據集。地面數字測圖系統(tǒng)是指利用測量儀器設備全站儀、GNSS接收機、鋼卷尺等直接到野外采集地形特征點數據，配合現場草圖，經過數據傳輸，將采集的數據傳輸到計算機，在數據處理軟件里編輯成圖，最后輸出地形圖成果。

　　三、低空攝影測量技術

　　無人機低空攝影測量系統(tǒng)基本構成包括：無人機飛行器平臺系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)五部分[4]。

　　無人機利用無線電遙控器和航線設置程序進行無人駕駛控制操縱。在其平臺系統(tǒng)搭載數碼相機進行像片拍攝和記錄，通過無線通信技術進行影像的同步傳輸，從而實現實時、動態(tài)地對地理信息調查監(jiān)測。跟傳統(tǒng)的航天攝影測量相比，無人機攝影測量系統(tǒng)具有視野清晰、數據采集精度高、成本低、效率高等諸多優(yōu)點，在環(huán)境保護、環(huán)境監(jiān)測、土地利用現狀監(jiān)測、交通、氣象、軍事等行業(yè)領域得到廣泛應用。在測繪行業(yè)方面，主要利用在大比例尺地形圖測繪、地籍權屬調查、城市規(guī)劃等工作中[5]。

　　無人機低空攝影測量技術通過數字正射影像圖制作大比例尺地形圖，將作業(yè)流程分為技術方案設計、外業(yè)數據采集、內業(yè)數據處理空三加密、內業(yè)線劃圖并野外調繪、成果輸出與資料整理共五個階段。其中低空攝影測量技術方案設計主要有：任務概述、作業(yè)區(qū)地然地理概況、已有資料收集、方案設計依據、項目進度安排、技術實施方案等，外業(yè)數據采集有：GNSS-RTK像控點數據采集和無人機低空攝影測量兩部分內容。內業(yè)數據處理主要先完成立體像片空三加密工作，然后進行內業(yè)線劃圖的制作，同時完成外業(yè)調繪工作，在以上工作完成之后，最后進行成果輸出和資料整理，整個過程始終堅持過程檢查，過程檢查通過后，最終檢查，修改存在問題，經復核、檢查后，提交成果資料[6]。

　　四、數字測圖課程設計

　　《數字測圖技術》是高等職業(yè)教育3年制工程測量技術專業(yè)的一門核心技能課程，《工程測量員》測繪行業(yè)職業(yè)資格的證書課程之一，《數字測圖技術》在工程測量技術專業(yè)的教學體系中占有重要地位，也是其他測繪類相關專業(yè)的骨干課程，是學生學習專業(yè)知識，獲取新知識和能力的重要課程。該課程的主要任務是：講授數字測圖技術的系統(tǒng)構成；數字測圖技術的作業(yè)過程；1:500數字測圖的技術設計；大比例尺數字測圖的外業(yè)工作；培養(yǎng)學生布設圖根控制網；控制測量加密圖根點；全站儀碎部點數據采集；網絡GNSS-RTK測量碎部點；無人機低空攝影測量數據采集；三維激光掃描儀掃描斷面及土方量；大比例尺數字測圖內業(yè)數據處理；數字地形圖檢查驗收與技術總結；數字地形圖基本信息查詢；斷面圖的繪制；土方量計算等。使學生擁有利用GNSS接收機、全站儀、無人機、三維激光掃描儀等儀器設備在工程勘察設計、地籍測量、房產測量、城市管網測量、控制測量、地形圖測繪、工程施工測量、工程變形監(jiān)測、線路與橋隧測量、地理信息系統(tǒng)管理等方面工作的能力。

　　《數字測圖技術》是一門實踐性很強的課程，在整個課程的教學過程中分為課程任務設計、單項技能訓練、綜合性技能訓練以及頂崗實踐四個環(huán)節(jié)，體現學生在學校學習與實際工作的一致性。以工程生產項目為載體設計課程學習項目，內容來源于真實的項目；以工程生產項目的工作過程為主線安排課程內容，體現真實的流程。通過崗位職業(yè)能力分析，根據《數字測圖技術》課程標準，制定項目行動領域及典型工作任務。將數字測圖技術課程教學內容進行分解，將具體任務進行知識點、技能點分解，共有知識點22個，技能點32個。該課程的重點為地面數字測圖技術，即利用全站儀、GNSS接收機進行野外數據采集，然后將采集的數據導入電腦，在計算機軟件的支撐下，完成地形圖的繪制工作。難點為基于影像的數字測圖技術，即以航空像片或衛(wèi)星像片作為數據來源，利用攝影測量和遙感的方法獲得測區(qū)的影像并構成立體像對，在解析測圖儀上采集地形特征點并自動傳輸到計算機中或直接用數字攝影測量方法進行數據采集，用軟件進行數據處理，自動生成數字地形圖，最后由數控繪圖儀輸出地形圖。

　　針對教學重點，通過數字測圖技術設計書的編寫、GNSS-E級首級圖根控制測量、GNSS-RTK圖根控制點加密、全站儀導線測量圖根控制點加密、GNSS-RTK對(路燈、電桿、井蓋等)獨立地物碎部點的采集、GNSS-RTK對測區(qū)高程點(陡坎、斜坡等)的采集、全站儀對房屋及附屬物的測量、全站儀對(林地、草地、運動場等)地物的測量、南方CASS成圖軟件的安裝、地物的繪制、等高線的生成及修剪、地形圖的整飾共5個任務，13個子任務，50課時的內外業(yè)實訓項目設置，以校園綜合實訓場為支撐，加強地面數字測圖技術的學習，使得學生能夠熟練掌握利用全站儀、GNSS接收機進行野外數據采集并通過南方CASS軟件實現內業(yè)成圖的基本流程。

　　針對教學難點，通過GNSS-RTK像控點的設置及數據采集、無人機飛行路線設置及數據采集、全站儀測量斷面控制點及拐點、三維激光掃描儀掃描斷面數據、航天遠景制圖軟件內業(yè)數據處理(基于Pix4D mapper全數字系統(tǒng)空中三角測量、采集地形特征點并生成線劃圖(DLG))、三維激光掃描數據的(預處理及特征點提取、數據拼接及數據過濾)共4個任務，8個子任務，30課時的內外業(yè)實訓項目設置，以地理信息綜合實訓機房為基礎，加強基于影像的數字測圖技術的學習，使得學生能夠了解以無人機低空攝影測量像片矢量化生成地形圖以及通過三維激光掃描儀進行三維建模的基本流程。

　　五、結語

　　近些年來，隨著衛(wèi)星導航定位、攝影測量與遙感、計算機、網絡通信、圖像處理等技術日新月異的快速發(fā)展，使得測繪行業(yè)在數字測圖方面的數據采集方式有了很大的改變，基礎地理信息數據的獲取方法越來越多，采集數據的準確性，成圖效率越來越高。

　　現代測繪科學技術已經向著數字化、自動化、智能化的方向發(fā)展，全文以大比例尺地面數字測圖為主線，在闡述全站儀、GNSS-RTK等野外數據采集方式的同時，對無人機攝影測量技術在數字地形圖數據采集方面的內容進行了重點設計。滿足當前高職類工程測量技術、測繪地理信息技術等專業(yè)在數字測圖課程教學的需要。

　　本文通過將低空攝影測量技術引入數字測圖實訓環(huán)節(jié)，對課程內容進行改革，對接行業(yè)最新發(fā)展，加入低空攝影測量技術環(huán)節(jié)，使得學生能夠在畢業(yè)之后，以最快的速度適應崗位，培養(yǎng)出能夠與企業(yè)一線對接的技術人才。

　　參考文獻

　　[1]盧曉攀無人機低空攝影測量成圖精度實證研究[D]中國礦業(yè)大學(北京),2014

　　[2]范承嘯,韓俊,能志軍等無人機遙感技術現狀與應用[J]測繪科學, 2009,34(5):214~215

　　[3]紀勇數字測圖技術應用教程[M].鄭州:黃河水利出版社，2008

　　[4]趙翔于無人機航攝DOM生成技術的研究與應用[D].東華理工大學, 2015

　　[5]崔書珍,周金國.無人機航攝系統(tǒng)在1:1000地形圖測繪中的應用[J].地礦測繪, 2014,4:29 ~31

　　[6]胡曉曦，李永樹,李何超等無人機低空數碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感測圖精度試驗分析[J].測繪工程, 2010,4:68 ~70,74

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