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應用背景:
隨著3S技術為代表的高新測繪技術和計算機技術的快速發展,傳統的測繪行業正在迅速向地理信息產業轉化。傳統的測繪生產主體模式已發生根本性變化,產品由模擬形式轉為數字形式,大量的外業測量被室內地理信息采集所取代。地理信息的采集、存貯、加工和分發已成為一種全新的概念。
無人機測繪是遙感領域用于地形測繪的新興技術,使用成本低、反應速度快、易于移動轉場,對復雜的野外測繪環境有很好的適應力,不僅可以完成傳統飛機的航攝任務,而且可以進入傳統手段無法覆蓋到的領域。它機身小巧、結構簡單,由人工遙控器送飛,地面工作站操控自主飛行拍攝,可靈活應對整個航攝工作。相較于傳統的有人飛機搭載攝像機航拍作業的航攝方式,無人機測繪技術優勢明顯。傳統有人飛機的空域和飛行計劃審批十分嚴格,無人機的監管則較為寬松。有人飛機對起降場地要求嚴格,無人機則大多可就地起降,省去了大飛機從機場到測區的路程。有人飛機受飛行安全和拍攝能見度的限制,對天氣的依賴度很高。無人機可以在陰云天氣攝影,飛行高度低,可以獲取高分辨率和高清晰度的影像信息。同時,無人機飛行速度慢,航速每小時幾十公里,能靈活應付地形復雜條件,得到精準影像。
現代航拍突破了傳統航測在攝影比例尺、姿態角、重疊度等方面的嚴格限制,能夠處理現有航攝相機、數碼相機、組合寬角相機(包括各種全景數碼相機)的影像。通過無人機航攝攝所獲取的豎直攝影影像、交向攝影影像、傾斜影影像以及復雜航線多基線攝影影像;通過多視影像匹配自動構建空中三角測量網,能進行多達10000片影像的大區域網光束平差;配合低空遙感的高分辨率影像,實現高精度航測定位;并且,能自動化生產數字高程模型(DEM)和數字正射影像(DOM)等產品。
無人機系統的一般組成:
無人機系統包括地面系統、飛機平臺系統、信息采集系統。如下圖:
無人機航測原理:
低空無人機低空攝影測量系統所采用的無人機是按照國際上通用標準設計,并且其研制的目的主要是作為遙感平臺。在進行航空立體成像時,飛機攜帶相機沿飛行線(或條帶)獲取垂直航空像片。由于實際應用中多選用航空像片的立體像對。因而成功的飛行,航向重疊應為55%-65%,至少50%,一般為60%,旁向重疊大致30%。像片重疊意味著,在相隔一定距離的不同位置拍攝同一目標。存在視差可以構成立體像對,并可進一步獲得立體模型。然后通過內業的數字測圖軟件可以制作高精度的各種地形圖。
低空無人機低空攝影測量的平臺框圖和運營系統結構
無人機航測特點:
1.無人機可以超低空飛行,可在云下飛行航攝,彌補了衛星光學遙感和普通航空攝影經常受云層遮擋獲取不到影像的缺陷;
2.由于低空接近目標,因此能以比衛星遙感和普通航攝低得多的代價得到更高分辨率的影像;
3.能實現適應地形和地物的導航與攝像控制,從而得到多角度、多建筑面的地面景物影像,用以支持構建城市三維景觀模型,而不局限于衛星遙感與普通航攝的正射影像常規產品;
4.使用成本低,無人機體形小,耗費低,對操作員的培養周期相對較短。系統的保養和維修簡便,同時不用租賃起飛和停放場地,可以無需機場起降,因而靈活機動,適應性強,容易成為用戶自主擁有的設備;
5.回避了飛行員人身安全的風險;
6.比起野外實測而言,無人機航測方法具有周期短、效率高、成本低等特點。
無人機航測流程:
產品概述:
KP-15A是由湖南鯤鵬智匯無人機技術有限公司自主研發的全電動垂直起降固定翼無人機系統。該機型采用高性能氣動優化設計,續航時間長達100分鐘,起飛海拔可達4500米;采用高比強度復合材料和模塊化設計,組裝僅需2分鐘,專用運輸箱可放入家用車后備箱;無需飛手操控,可一鍵垂直起降、完全自主飛行,通信失聯/無GPS信號/低電壓可自主安全返航;RTK+PPK定位,精度達到厘米級。在氣動設計、航時航程、抗風能力、使用便捷度等方面,KP-15A均具備優勢競爭力。
KP-15垂直起降固定翼無人機系統
任務載荷:
KP-15A可搭載多種測繪載荷,例如:
航拍相機、三拼相機、五拼相機
全國土地資源信息是制定國民經濟發展規劃和宏觀決策的重要依據,也是國家可持續發展的需要。無人機飛行平臺在國土資源調查領域發揮出了自身的優勢,低成本、低速、巡航距離遠、高可靠性的無人機執行低空飛行任務,操作員可以很方便在地面的控制飛機的飛行路線和飛行高度。利用無人機技術開展國土資源調查與土地利用監測,可及時地反映各種國土資源的具體情況,增強資源開發、環境保護與災害防治的預見性,為國土開發與整治,環境和災害監測,水文地質、工程地質勘查,建設工程選址、選線及城市規劃提供依據。
通過無人機開展應急測繪,可在自然災害、事故災難、公共衛生事件、社會安全事件等突發公共事件發生時,根據需要開展遙感監測、導航定位、地圖制作等技術服務,高效有序地提供地圖、基礎地理信息數據、公共地理信息服務平臺等測繪成果,為突發事件的預防、應對、處置和恢復提供保障服務。應急測繪也已成為國家突發事件應急體系的重要內容,是新時期公益性測繪地理信息工作的重要業務。
利用無人機航拍和點云三維成像技術形成模型數據,并生成原始地貌模型,再根據設計圖紙在原自然地坪模型的基礎上繪制基坑開挖模型,兩模型之間的差異體量即為土石方開挖量模型,進而可計算出土石方開挖量,為工程測量提供準備信息。
通過無人機進行測繪,可為城市開發的規劃信息系統提供依據。廣泛應用建筑密度分布規律研究、在建工地調查、中心城市簡房漏棚調查、施工占路情況、露天停車場調查、垃圾堆場的空間分布、污水治理和改造工程的補充論證、為建廠規劃或改造提供影像資料等。除此以外,還可應用在鐵路建設、城市的變遷、發展趨勢及改造,城市圖件更新上,同時還可用于城市現狀調查,如土地利用現狀更新、監測和巡查、土地變更調查、土地類型劃分、土地執法地籍、交通、旅游資源調查,繪制城市綠化分布圖、煙塵污染分布圖、水污染分布圖,以及城市環境調查,如三廢污染、地質災害、城市公共安全監測方面。
我國礦區開發引發生態環境的破壞,礦產資源規劃執行情況不清,缺乏客觀和有效數據;由于缺乏實時監控使得違法行為頻繁發生。無人機空中遙感可用于巡查礦區的礦產開采點位置(井口位置)、開采狀態(開采或關閉)、開采礦種(煤、鐵等)、開采方式(露天)、占地范圍與土地類型、固體廢棄物堆積范圍和占用土地類型等。無人機還可以觀測礦產資源開發引發的災害。包括地面沉陷范圍、地裂縫長度、塌陷坑位置、山體陷裂(垮塌)范圍、崩塌位置、滑坡位置、泥石流位置、河道淤塞長度(位置)及煤田(煤矸石)自燃范圍等。探測礦山生態環境信息包括破壞土地范圍、受損植被范圍、粉塵污染范圍、水體污染范圍、荒漠化范圍、土地復墾范圍及礦山環境治理效果。無人機低空遙感配合地面管理軟件亦可為礦產資源開發整體狀況提供決策支統。
通過無人機測繪可以快速估測農作物的種植面積,監測農作物長勢和產量,監測農作物旱情和灌溉情況,并且可以判斷農業生產中遇到的問題,如病蟲害、土壤鹽堿度、土壤營養狀況、水污染等問題。農業生態環境變遷監測:草原退化、土地沙漠化、水土流失水環境污染監測和農業水環境資源供給配備規劃。