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多旋翼无人机在工程方量测绘中的应用

发布时间:2018-03-01 11:12

     

  目前,对于高分辩率空间数据的获取的渠道仍然局限于遥感卫星影像、大飞机航拍等,形成数据反复采集,数据处置工作复杂,分辩率低,时效性和矫捷性也远不克不及满足现实需求。无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV),是一种有动力、可节制、能照顾多种设备、施行多种使命,并能反复利用的无人驾驶航空平台。无人机遥感传感器手艺、遥测遥控手艺、通信手艺、POS定位定姿手艺、GPS差分定位手艺和遥感使用手艺,具有主动化、智能化、专业化的特点,具有快速获取河山、资本、情况、事务等空间遥感消息,并进行及时处置、建模和阐发的先辈新兴航空遥感手艺处理方案[1]。

  相对于载人飞机和固定翼无人机航空摄影丈量而言,多旋翼无人机愈加灵活矫捷,具有飞翔靠得住性高、平安性高、效率高、起飞和着陆场地要求低、操作简洁、影像分辩率更高档特点,在气候晴朗、风力较小(5级以下)的环境下,可获得精度更高的航摄数据,是小范畴航空摄影的成长主要趋向。

  多旋翼无人机作为一种微型飞翔器,在飞翔过程中不只易受由身物理特征(空气动力特征、重力特征、陀螺效应和旋翼惯量矩等)限制的影响,还很容易遭到气流等外部情况的干扰。因而,飞翔节制手艺对包管无人机不变性、平安性至关主要。多旋翼无人机的飞翔节制系统包罗三大部门:姿势节制、位置节制和高度节制。姿势节制通过由陀螺仪、加快度计、磁强计输出的角速度、加快度、磁强消息融合获得的姿势估量而获取反馈消息,并对反馈消息进行计较输出三个姿势节制参量,这三个节制参量与最终的转速分派,间接影响着电机转数,进而完成无人机位置、姿势和速度的节制,通过GPS与光传播感器获取位相信息、速度消息,进而实现无人机的位置节制。高度节制包罗对无人机高度和爬升速度的节制,其通过GPS、超声测距传感器、加快度计、气压计数据进行融合获得的数据获取高度反馈消息,通过高度反馈消息计较响应的节制参量,将其输入到转速分派中,通过改变旋翼转速实现对高度的节制[2]。

  无人机影像采集按照使命的要求对测区进行航路规划(起降位置、飞翔航路、堆迭度、相机角度),在航路规划系统中将规划好的航路上传至遥感空中节制子系统。无人机地面节制子系统按照规划的航路节制无人机的飞翔,遥感空中节制子系统则按照预设的航路和拍摄体例节制拍照进行拍摄。拍照机将拍摄的影像及POS数据将主动写入到飞机存储器中[3]。

  Virtual Surveyor软件(简称VS软件)是通过将数字正射影像图(Digital Orthophoto Map,DOM)和数字高程模子(Digital Elevation Model,DEM)归并成一个三维立体模子并建立一个虚拟的情况来处置大量的无人机航摄数据,操纵模子消息融合生成分析模子的方式,主动化完整的展示出无人机功效所包含的全数消息,基于无人机处置后的实在数据,使消息可视化、可操作化,借助软件进一步的提取,能够获得更快速的无效消息,完美和弥补了地舆空间消息出产。

  操纵VS软件中的“体积计较”功能,将计较区域两次测得的模子成果偏移至统一标高,进行两次挖方计较,然后求差比力两次挖方的差值,即为两期间土方量的计较成果。

  操纵拓普康猎鹰8号八旋翼无人机对山西汾西正晖煤业无限公司昌元煤矿2号排土场间隔两个月的排土量进行量测。

  八旋翼无人机专为检测和测绘使用而设想,采用顶级的传感器、自主减震、主动弥补相机支架等部件,搭载一架高清晰的RGB相机(索尼Alpha7R),适合需要采用高分辩率影像的小范畴丈量、测图、建模、画图和检测项目。

  像控点是摄影丈量节制加密和测图的根本,其布设的精度和数量间接影响到航测数据后处置的精度,所以像控点的布设和选择该当规范、切确:

  本次飞翔区域内共布设6个像控点和4个检核点,并采用西安80坐标系和1985国度高程基准对其进行丈量。

  飞翔航路规划的次要方针是根据地形消息和施行使命的情况前提消息,分析考虑无人机的机能、达到时间、耗能、要挟以及飞翔区域等束缚前提,操纵AscTec Navigator软件规划出一条或多条自起点到方针点的最优或次优航路,包管无人机高效、快速地完成飞翔使命。

  图4.1 AscTec Navigator软件航路米,两次飞翔共十条往返航路.18毫米,航摄影片数量384张。

  选择能见度3000米,风力5级的景象形象前提施行飞翔航测使命。在航测过程中,全程监控多旋翼无人机平台的飞翔轨迹、GPS信号强度、电量、高度、速度、姿势及其他参数,包管飞翔的平安及数据的靠得住性。

  (1)操纵Agisoft PhotoScan后处置软件对两次飞翔使命航摄影像进行照片对齐、刺点空三解算得出稠密点云数据、数字高程模子、数字概况模子及数字正射影像图。经查抄4个检核点,平面和高程误差均在2厘米以内。

  (3)操纵VS软件中的计较体积功能,实地最低高程为1560m,将地形偏移程度面高程设置为1550m,进行挖方“体积计较”,并“点窜地形”。如下图。

  航测外业和内业计较两个环节决定了多旋翼无人机丈量工程方量的精度。航测的精度与光照、风力、飞翔堆迭度、GPS信号强度、后处置软件进行空三加密处置的精度、外业像控点布设的位置拔取、测点精度、报酬刺点的精度、软件处置质量程度的凹凸等要素相关,航测外业的精度对最终成果的影响更大。

  颠末实践,在恰当的景象形象前提下,多旋翼无人机航测系统可以或许达到所需的航测精度,本案牍例曾经达到RTK产物的丈量精度,满足了工程方量计较的需要。

  保守的数据采集方式采用人工测点,受地形限制,费时耗力,风险高且难以获取全面切确的数据,而操纵无人机航测系统进行测绘则无效地避免了上述问题。

  操纵VS软件体积计较两期土方量,要求至多有两次以上的丈量数据为根本,按照两次以统一标高为基准,偏移地形求两次填(挖)方差值算得两期间工程方量。方量的计较精度取决于采集数据的精度和数据采集的密度。采集数据的过程必然要包管数据的精度和完整度,为计较供给精确的数据。

  作为手艺立异,无人机丈量手艺无力地鞭策了丈量测绘手艺的成长。加强无人机测绘手艺的研究与使用,是提高测绘效率的无效手段,有益于相关部分及时控制所需动态地舆消息,推进立异测绘办事模式,积极鞭策国民经济社会消息化,从而保障经济社会健康快速地成长。

  [1] 张政,窦杰,陈冀渝,多旋翼无人机的航空摄影丈量手艺在电力测绘中的使用.科技尚品PREMIERE,2016.7(总第94期).

  [2] 甄宗坤,范占永,蔡东健.六旋翼无人机在城市丈量中的使用.水利与建筑工程学报,第13卷第3期2015年6月.

  [3] 洪宇,龚建华,胡社荣,黄明祥.无人机遥感影像获取及后续处置切磋.遥感手艺与使用,第23卷第4期2008年8月.





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