无人机航测在自然资源测绘中的应用

李舒宏

(惠州市国土资源局惠城区分局国土资源勘察测绘队,广东 惠州 516001)

0 引言

当前,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的应用范围已经变得越来越广泛,越来越多行业的发展都离不开无人机航测技术。该技术属于获取空间数据的一种有效手段,其不仅具有作业成本低、效率高的特点,而且还具备适用范围广、机动灵活等优势。因此,其在自然资源测绘工作中有着非常重要的应用价值[1]。将无人机航测技术应用于自然资源测绘中,可显著提升测绘的准确性及安全性。

1 无人机航测应用分析

因大部分测试都是一个形状不规则的多边形,所以非常有必要根据安置点的范围选择合理的飞行区设计,以便于后期的数据加密处理,并获得更准确的结果[2]。在无人机中,用户可选择的飞行区域类型包括多边形、矩形、带状等。为了便于后期的绘图,本设计需要将一般飞行区域规划为一个矩形或一个没有转弯的条带。根据已安排的飞行区域,设计人员点击要生成选项的航路,选择相应的无人机型号,点击确定。本次航测选择的无人机型号为DJISpirit4PRO。在设计人员选择相应机型且点击“确认”后,航线自动生成。需要特别注意的是,本次生成的航线是一条基本的航线,航线的所有参数将全部显示在左侧,如地图比例尺,航拍图像的分辨率,航线旁边的重叠程度,无人机高速飞行架次、飞行时间和平均高度测量区域的相对导航。在这里,设计人员可以根据具体的测量要求调整每架次的飞行参数。例如:当最终结果需要提交1 ∶500 地形图时,设计人员可根据需要适当调整航向重叠率和侧面重叠率或降低飞行高度。在这两种方法中,在确保飞行安全的前提下,首选的是降低飞行高度。

2 广东省典型区域无人机影像数据项目

2.1 任务概述

“广东省典型区域无人机影像数据采购项目”由环境保护部环境工程评估中心委托笔者公司(西安新华测绘有限公司惠州分公司)完成。笔者公司根据合同要求,为广东省范围内14 个区域提供无人机影像数据采集及数据编辑处理测绘服务。

2.2 投入人员、设备、软件情况

本项目共投入内业生产技术人员2 人、外业航摄人员3 人、汽车1 辆,并选用大疆精灵4pro 无人机2 架(见图1),实施野外数据采集。大疆精灵4pro 无人机的特点如下:影像传感器1 英寸CMOS 有效像素为2 000 万,最大可承受风速为10 m/s,最长飞行时间约30 min,卫星定位模块为GPS/GLONASS 双模,地面站选择Map Pilot(正射影像数据获取)、Litchi(全景数据采集)和Pix4Dcapture(倾斜数据获取)。选择的理由如下:Map Pilot 能导入KML 文件,并支持更换电池继续未完成的任务功能,而且Map Pilot 的离线地图是非常清晰的卫星影像图,非常有利于航线控制;Litchi 是一款多功能地面站软件,其中的全景拍摄功能简单易用;Pix4Dcapture 不但有双网格交叉任务模式还有环形任务模式,这些功能使得单镜头无人机拥有获取倾斜数据的能力。内业数据处理软件选用Pix4Ddesktop(正射影像数据处理)、PTGui(全景数据处理)和Acute3D(三维数据处理)。

图1 无人机航测实

2.3 航摄采集方法

2.3.1 内业准备工作

内业人员要进行以下准备工作:(1)确定位置。根据项目给定的范围,工作人员确定测区位置、大小,判断利于飞行的起降点;使用百度地图查找周边导航目标潮州市太安堂博物馆;找到位置后,把潮州市太安堂博物馆的位置标记下来,等前往时可以将其设置为导航到达的目的地。(2)保存文件。使用iTunes 软件将KML 文件保存到Map Pilot 软件中;在Map Pilot 软件中加载KML 文件,加载后设置飞行范围,进行保存;在保存的任务中打开文件,只要底图清晰正常即可。到此,内业准备工作完毕。(3)选择采集环境。需要根据天气预报选择无雨且风力小于4 级的日子,安排人员前往现场。

2.3.2 外业采集步骤

外业人员要进行以下外业采集步骤:(1)查看周围环境,根据现场环境因素选择合适的起降点。(2)对无人机进行起飞前检测,如电压是否正常、指南针校准、SD 卡内存是否充足等。接着,第一架次使用Litchi 地面站控制无人机升空,观察测区环境、最高建筑物高度、高压线走向、高压塔的高度和位置等。(3)让无人机升到一定高度,使用Litchi 地面站的全景模式进行全景拍照,获取全景原始照片。(4)第一架次飞行后使用Map Pilot 地面站控制无人机,加载原先保存的项目,执行航拍任务,即可获取正射原始照片。(5) 使用Pix4Dcapture 地面站控制无人机,使用双网格交叉任务模式,根据实地情况和主体工程位置,设置飞行范围,进行倾斜摄影以获取倾斜原始照片[3]。

2.3.3 外业现场情况

在外业现场进行勘测的过程中,无人机主要利用其超长滞空时间,并利用所携带的摄像机将整个外界所需要的影像资料进行全面的拍摄。无人机拍摄的费用相对较低。此外,无人机还能够结合不同地域的相关情况进行全景式拍摄。在拍摄过程中,无人机还能发挥定位的作用,精准地查找所需要的点位。这对于其他摄影器材来说,是完成不了的任务。

无人机在土地资源管理中的作用也十分明显。对于当前全面的土地确权工作,由于部分地区的地形比较复杂,气候环境较为恶劣,如果单纯依靠人力来完成土地的测量,其工作量会非常大,所耗费的资源也会非常多。而无人机勘测技术可以较好地解决这一难题。将无人机的相关参数设定好之后,无人机进入飞行状态,然后根据每户农民的土地面积和位置分布情况进行全面测量和定位,精准地确定每户农民土地的位置、大小和方位。这对于确保环境恶劣地区的土地勘测工作起到重要的推动作用,同时在一定程度上也减少了安全事故的发生,既能够保证测量人员的安全,又能够提升用户的满意度,起到一举两得的作用[4]。同样,无人机在地质灾害以及在低空作业过程中发挥的作用也十分明显,受到用户的喜爱。

2.4 数据处理

2.4.1 正射影像处理

工作人员利用Pix4Ddesktop 软件处理正射影像,步骤如下:(1)导入相片,设置POS 的坐标系。(2)在导入相片后,根据设置好的处理选项处理。(3)处理完成后,操作者可以得到所需要的成果报告、TIFF 格式和KML 格式的正射影像图。报告中的平均地面采样距离(Ground Sampling Distance,GSD)4.26 cm/1.67 in 表示此项目的GSD 为4.26 cm,符合分辨率优于10 cm 的要求。报告中的Area Covered 0.983 km2/98.295 9 ha/0.379 7 sq.mi./ 243.02 acres 表示覆盖面积为980 000 m2,符合不得小于500 000 m2的要求。工作人员可以在其他查看软件中查看TIFF 格式正射影像图的坐标、距离、面积等信息,可以通过Google Eart 软件查看KML格式正射影像图的坐标、距离、面积等信息,还可以跟以前的卫星影像做对比,查看和分析测区的变化情况。

2.4.2 全景影像处理

工作人员利用PTGui 软件和Photoshop 软件处理全景图,利用PTGui 软件合成一个全景图,找到一个比较合适的天空图,使用Photoshop 软件把天空补上,生成最终的全景图。

2.4.3 三维影像处理

工作人员使用Acute3D 软件处理三维模型,将照片全部导入软件中,进行空中三角测量,得到相片的准确位置,提交重建项目,设置输出格式、坐标系统,生成三维模型。

3 结语

各行各业对大数据分析和处理的需求不断扩大,这也对无人机数据采集系统的效率和准确性提出了更高的要求。无人机的价值不再是简单的飞行,而是能够提供关于数据融合应用平台的解决方案。这进一步表明,无人机为大数据收集提供了广阔的空间,也可以为天气监测、交通流量监测、灾害预测等提供丰富的数据。无人机收集的数据也将助力无人机行业本身,使其能够在海量数据的支持下自主飞行。公司始终坚持以技术进步和科技创新引领经济发展的目标。在新一轮测绘技术升级的过程中,公司应紧跟测绘技术发展的步伐,积极适应市场的需求,自筹资金购买两架测绘无人机,将测绘无人机应用于自然资源测绘项目中。