试论无人机测绘数据处理关键技术及应用
张苏红1 张子江2
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张苏红1 张子江2,. 试论无人机测绘数据处理关键技术及应用[J]. 测绘科学与技术,2024.1. DOI:10.12721/ccn.2024.157331.
摘要:
随着科学技术的飞速发展,无人机越来越多地被用于测绘领域。无人机测绘具有方便快捷、无地域约束等优点,为测绘工作者提供了更高效率、更精准的工作方法。因此,本文对当前无人机测绘技术的主要优势进行了分析,并在研究关键测绘技术的基础上,探讨无人机测绘在实际领域的应用方案。
关键词: 无人机测绘数据处理技术应用
DOI:10.12721/ccn.2024.157331
基金资助:

一、 无人机测绘数据处理技术的优势

(一) 高效性

无人机测绘技术可以利用先进的传感器和摄像头获取高精度的地理信息数据,并通过信息化手段对这些数据进行处理和分析。这个处理过程包括图像处理、点云配准、三维重建等操作,使得相关人员能够准确地获取地理信息数据。此外,无人机可以自动规划飞行路线、调整飞行姿态和高度等参数,通过自动化飞行和数据处理减少了人工干预和误差,进而得以快速完成测量任务,提高测量的效率和精度。

(二) 灵活性

传统测量方法往往受到地形、天气等因素的限制,而无人机测绘技术则可以在复杂地形、恶劣天气等条件下进行测量,提高了测量的灵活性和适应性。由于无人机体型较小,具有较高的机动性,它可以轻松地穿越复杂的地形和环境,并借助先进的传感器和摄像头,获取难以通过传统方法得到的数据,满足不同的测绘需求。

(三)测绘精度高

相对于卫星遥感,无人机遥感获得的图像数据具有更高的分辨率,可以更直观、更真实地再现地表场景,从而实现大范围、高精度的地表目标探测。另外,由于采用了智能化和数字化等技术,使得无人机测绘和信息处理的准确性大大提升,它可以自动地检测、计算并修正错误的数据信息,从而可以有效地降低误差的发生率。

二、 无人机测绘数据处理的重要技术

(一) 相机校验技术

在无人机测绘数据处理中,非量测摄像机始终是一个非常重要的环节,许多无人机装备了与之配套的摄像机。在飞行时,可以以像心为坐标系的中心,并与绘图系统一起,利用摄像机校准功能,在照片上显示被测目标的图像分布状况,从而使制图者更加直观、清楚地看到被测目标的真实状况。非量测相机需结合自校正方法,不然透镜产生较大畸变,增大观测值与真实值之间的偏差,而自校正方法可实时校正,减小误差。

(二)PPK技术和INS技术

无人机体型小巧,在飞行过程中极易因气压,大风等环境因素导致机身损坏,从而影响绘制结果的精度,PPK技术可以对相片的位置进行自适应的修正、对数据信息进行改正,确保并改善无人机测绘结果的精度,因此PPK技术也被叫做动态后处理技术。PPK技术可以克服某些气候所造成的负面影响,它的使用原理是首先借助于接收机,流动站对卫星载波机位进行测量,再通过PPK技术对有关数据信息进行改正和确认。另外PPK技术受季节影响较小,可视性强,可以将误差降到最低[1]。

INS技术就是惯性导航系统,这种技术可以在不依赖外部信息的情况下,对数据信息进行自动调节,并且对相关的图像进行绘制,属于自主式导航系统,它的运用原理是依据惯性空间力学定律,计算出运动的速度,旋转的角度等信息,并最终加以调整与证实。

(三)多摄像机综合技术

多摄像机集成技术的作用和应用原理与非测量摄像机类似,但其区别在于,多摄像机集成技术必须通过多个摄像机的联合工作来实现高清晰图像,从而可以有效地解决单摄像机尺寸小,数据不稳定,图像不清晰等问题。同时,多摄像机技术的应用也可以有效地缩减图像数目,实现快速、高效的投影效果。其根本原因在于,多摄像机拼接模型可以根据内部帧的连通方式,实现不同摄像机架构的装配,以满足数据监控和处理的需要。

(四)空中三角测量

空三计算是利用摄影测量原理,通过处理拍摄的图像获取目标物的三维坐标。其中,地面三空是指以地面点位为控制点,通过像片控制点刚性配准生成的地面三维坐标模型;空中三空则是指以空中点位为控制点,通过像片控制点刚性配准生成的空中三维坐标模型。在进行空三计算时,首先需要获取像片控制点信息,这些控制点通常是通过外业实测获取的。然后,利用这些控制点信息对像片进行刚性配准,即对像片进行旋转、平移和缩放等变换,使得像片与地面或空中坐标系统对齐。在生成新的空三模型后,将地面和空中三空相互结合,进行优化,进一步提高空三测量结果的精度和可靠性[2]。

三、无人机测绘数据处理技术的现实应用

(一)国土测绘

我国拥有着极其丰富的土地资源,因此国土空间测绘和管理的工作至关重要。无人机制图可获取超高精度图像,对不同类型国土资源的时空分布及变化状况进行精细监测,为国土主管部门制定国土空间规划、合理开发利用管理措施提供科学依据。通过无人机制图技术,可以快速获取大量的地形、地貌、建筑物等信息,并通过数据处理技术对这些数据进行处理和分析。这些数据可以为国土资源的调查、评估、规划和管理提供重要的数据支持。同时,借助无人机测绘还可以了解国土资源的时空分布和变化状况,为国土资源的合理开发和保护提供帮助。

(二) 自然灾害救助

在自然灾害发生后,应急测绘部门通过无人机获取灾害发生后的正射影像、360度全景影像、激光点云等数据,为救灾人员及时掌握灾害地点及灾情信息提供重要依据。利用该方法,可以在短时间内得到灾区的地形、地形和建筑物等信息,为抢险救灾工作提供精确的资料支撑。研究成果将有助于搜救人员迅速判断灾情的位置、范围及程度,为搜救人员提供精确的位置与导航,保证搜救工作的顺利开展。同时,利用无人机航拍技术,可以对受灾地区进行实时监控,并对可能发生的险情进行预警,为抢险救灾工作提供有力的保障。

(三) 环境污染监测

环境污染问题已经成为全球性的挑战,它不仅影响着人类与自然的协调发展,也对国家的经济和社会发展产生了严重影响。环境监测是查明环境污染成因和污染源的主要手段,无人机测量和数据处理技术在环境监测领域的应用,可以提升环境监测的精度,获得高分辨率的测绘数据。通过对不同类型环境数据的处理和分析,有关部门可以了解环境的污染状况、污染源的位置和分布情况等信息,并对潜在的环境污染问题作出预警,为环境治理和保护提供依据[3]。

(四) 矿产资源管理

矿产资源已成为国家经济和科技进步的重要动力,对其进行持续开发,提高其利用效率已成为国家发展的重要方向。利用无人机测绘技术进行矿山区域的探测,不仅可以很好地掌握矿区的地形地貌,更有利于提高开采作业的安全性,以及矿产资源的利用率。如惯性导航、无人机空中三角加密和DEM技术等,可以获取矿区的面积和高度等数据,从而为矿井的安全生产提供可靠的参考和指导。

结语:

综上所述,无人机测绘数据处理技术已经成为现代测量领域的重要发展方向,具有很高的实用价值和广泛的应用前景。这一技术的优势在于图像获取、数据处理和数据传输等技术的综合运用,通过先进的传感器和摄像头获取高精度的地理信息数据,并利用高效的数据处理算法对这些数据进行处理和分析,同时,实时的数据传输技术保证了测量数据的及时性和可用性。随着技术的不断成熟和成本的降低,无人机测绘数据处理技术也将更加普及化,为相关领域的工作带来便利。

参考文献:

[1]邓珊.对无人机测绘数据处理关键技术及应用的探究[J].新疆有色金属,2021,44(03):30-31.

[2]陈柏穆.无人机测绘数据处理关键技术及应用[J].国土资源导刊,2022,19(01):81-85.

[3]钟金杏,王晶,缑武龙等.无人机测绘数据处理技术及其应用探讨[J].数字通信世界,2022,(10):130-132.

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