多旋翼无人机堆状体航空摄影测量探讨

2020-02-15孙波

建材与装饰 2020年25期

关键词：煤堆航空摄影旋翼

孙波

（山东省物化探勘查院，山东济南 250013）

0 引言

无人机测量技术的发展比较迅速，但传统固定翼无人机的应用中有着一些不足之处，对于航空摄影测量的要求无法得到充分有效满足。而多旋翼无人机堆状体航空摄影测量技术的运用，就能对传统的技术不足之处得到很好的弥补，从而保障了测量的质量。

1 多旋翼无人机应用情况及堆状体测量的特征

1.1 多旋翼无人机应用情况

从当前我国的多旋翼无人机的应用情况了解到，在诸多的领域中应用发挥着比较重要的作用，如在环境监测当中应用所起到的作用比较突出，采用多旋翼无人机的应用能够运用无线遥感远程操作，这就能降低工作的难度，也能避免发生人员的安全事故，工作当中通过结合多旋翼无人机发出的信号接收以及判断，就能为有助于环境监测工作的良好推进[1]。另外，多旋翼无人机在军用层面的应用也发挥着比较重要的作用，主要是在军事突袭环境中比较适用，通过进行远程操作完成突袭的任务，能够起到比较突出的效果作用。多旋翼无人机应用在低空侦查方面以及信号干扰方面进行应用也能起到积极作用，如在低空的侦查当中能够实现低空监测的目标，对于能见度低的环境下拍摄有着良好的效果。

1.2 堆状体测量的特征

堆状体的形成主要是工业企业生产运营中的原料堆积形成，对于堆状体进行测量有着很大的难度，由于堆状体的形状是不规则的，占地面积也比较大，周边的环境相对比较恶劣，所以在具体的测量时候不能迅速采集堆状体表面特征点，无法有效实现监测的效果，在具体的测量中所消耗的人力以及物力成本是比较高的[2]。堆状体的周边环境相对复杂恶劣，使得测量的时候不能有效通视，人员进入实地进行测量的时候就有着比较大的安全威胁，测量的难度比较大。传统的堆状体的测量主要是通过卷尺丈量以及皮带秤测量，煤场储量自动测绘系统的应用等。

1.3 测量可行性

（1）技术可行性。多旋翼无人机进行堆状航空摄影测量有着其可行性，现阶段我国的无人机技术发展的水平比较高，通过多旋翼无人机技术的运用下能够获得影响的技术已经成熟，具备迅速采集特征的技术能力。从载重的层面来看，无人机的载重最高能够达到9kg，而最新的研究成果表明有望达到30kg，所以在随着无人机技术的水平不断提高下，对于测量堆状的优势就能愈来愈凸显出来。而无人机的续航层面是采用燃油和锂电池的方式，不同的续航方式有着其各自的特点，如燃油的是固定翼无人机，续航能力强，能够达到两三个小时。而锂电池类型的主要是旋翼机，续航能力相对薄弱，通常不超过40min。多旋翼无人机在堆状体测量方面的技术要求以及标准方面也有其可行性，主要从几个层面进行阐述，如从航线的设计上要结合规范要求设计以及结合高程基准面进行确定。而从摄影时间层面来看，选择地形条件不同时间也不同。飞行质量的要求比较严格，在诸多环节都要加强重视，如片旋偏角要小于15°，旋偏角要在30°内等。飞行的质量需要保障数据准确以及层次丰富，有着柔和的色调和清晰的地形地物。

（2）安全可行性。从安全的层面来看也有着可行性，我国当前在无人机技术方面已经有着很高的水平，但无人机升空之后会存在诸多不确定性，这就会容易发生安全的问题。多数的民用几个无人机飞行器是采用旋翼机以及大型航模进行改造的，气动外形动力装置等方面的安全和军用无人机有比较大的差距，无人机航天飞行器在感知避让层面还处在起步，在发生突发状况的时候不能准确迅速反应。无人机的操控人员自身要有相应专业知识，并能够对相关的法律等方面有一定的认识。

2 多旋翼无人机堆状体航空摄影测量的实施

2.1 无人机获得航空摄影关键技术

无人机进行对堆状体航空摄影当中所运用到的关键技术比较多，无人机上多是搭载普通数码相机，所以获得的影像常常会有畸变，径向变形比较突出的原因是曲率误差所致，装配误差造成偏心变形以及切向变形，对畸变进行矫正就显得比较重要，主要是对畸变参数进行改正。无人机像控点布设以及测量的过程中，需要从多方面加强重视，如在无差分GPS 无人机像控点的布设以及测量以及带差分GPS 无人机像控点布设测量[3]。而从立体影像的匹配技术运用方面也是比较关键的，该技术的应用主要是在计算机视觉取代人工观测获得同名像点，这是提取影响匹配的重要步骤，进行影响匹配的时候主要是通过相应的算法进行优化，其中涉及差平方和法以及协方差函数法等。

2.2 测量实施

多旋翼无人机堆状体航空摄影测量的技术应用中，以煤堆状体的测量为例，进行测量的过程中需要按照相应的标准规程操作，严格遵循规范标准，从而有助于提升测量的规范性。测量技术的应用中按照《1:500，1:1000，1:2000 比例尺地形图航空摄影规范（GB 6962—2005）》以及《1:500，1:1000，1:2000 航空摄影测量外业规范（GB/T 7931—2008）》和《航空摄影技术设计规范（GB/T 19294—2003）》进行相应的操作，进行实际测量当中按照和当地的坐标相结合。运用多旋翼无人机进行航摄任务一个架次，获得30 多张原始的摄影数据，在完成摄影后进行检查，查看测量数据的质量[4]。

实际测量过程中对多旋翼无人机测量应用要注重像控点的科学化布设，从整体上保障布设的方案质量，堆状体的中间区域不能实现像控点布设的工作，可对四周进行均匀布设像控点。而进行选点以及刺点的实施中，选择像控点要能明确分辨地物物交角，选刺的时候要注重做好临时的标记这样能够有助于后续的外业核查，测区存在高层建筑的时候就要注意，不能选高层建筑物楼角，建筑物和地面高差大会使得GPS 高程存在很大的误差，所以对测量的精度就会产生很大程度的影响。在进行选择像控点的时候就要注重以明确分辨地物为基础要求[5]。测量中对影像控制点外业联测的时候，注重GPS 和RTK 进行结合起来，对各像控点坐标信息加以明确。最终测量得到的结果，空三加密的作业是在运用多旋翼无人机航摄进行获得相应的影像信息，然后运用无人机影像数据内业处理软件的应用，做好影像数据平差结算的操作，最后得到相应的质量报告Bundle BlockAdjustment details 的数据为 224613，Number of 3D points for Bundle Block－Adjustment 的数据为 89023，Mean reprojection error 的数据为0.386619[pixels]，通过获得的报告能够看到，最终的平均重投影的误差是0.386619 个像素，这对空三作业的要求是相符合的。通过质量报告的信息就能对重叠影像进行展开分析[6]。

另外，进行DEM 制作的过程中，从几个方面要加强重视，获得测区密集点云是比较重要的环节，空三加密作业能获得影像数据各连接点三维坐标和外方位元素，生成完整的DSM 就要做好稀疏点云数据实施加密处理，采用Patch-based Multi-view Stereo 算法的方式能够对稀疏点云进行扩展，从而能够生成密集点云，还可采用Semi Global Matching 的算法方式获得密集点云，此次试验中采用后者方法。为能够对堆体进行有效测量，对多旋翼无人机测量的精度进行测量，通过人工卷尺以及激光扫描煤仪器的方式实施测量。对以上获得的原始影像做好内业处理的相应工作，制作DEM，项目生成结果主要是对煤堆体测量，这就要采用矢量化方式把煤堆体区域提取，然后在运用所生成的DEM 做好体积的计算工作，从几个步骤进行实施，CASS 矢量化，方格网的方法来算出不规则煤堆体的体积。通过这样的方式就能对煤堆体的测量精度进行计算。通过多旋翼无人机的应用下对堆状体实施测量，在实践的操作当中有着其可行性，有着比较突出的应用价值。