數(shù)字測圖實訓(xùn)中低空攝影測量技術(shù)的運用,攝影論文

數(shù)字測圖實訓(xùn)中低空攝影測量技術(shù)的運用,攝影論文摘要：近些年來，隨著我們國家的經(jīng)濟迅速發(fā)展，各類地理信息庫的更新加快，對土地利用現(xiàn)在狀況的實時監(jiān)測變得越來越重要。對接行業(yè)最新發(fā)展，在數(shù)字測圖課程實訓(xùn)環(huán)節(jié)，在加強地面數(shù)字測圖技術(shù)的同時，將低空攝影測量技術(shù)引入，對課程內(nèi)容進行改革，使得學(xué)生能夠在畢業(yè)之后，以最快的速度適應(yīng)崗位，培養(yǎng)出能夠與企業(yè)一線對接的技術(shù)人才。本文關(guān)鍵詞語:無人機;攝影測量;數(shù)字測圖;一、研究背景和意義進入到21世紀，我們國家的經(jīng)濟迅速發(fā)展，各個領(lǐng)域的信息化建設(shè)都在加快，由此導(dǎo)致各類地理信息庫需要更新，對土地利用情況進行實時監(jiān)測，制作地理信息專題圖。而傳統(tǒng)的大比例尺地形圖測繪多采用接觸式數(shù)據(jù)采集方式，在小范圍內(nèi)、GNSS衛(wèi)星信號弱或有遮擋的地方，用大地測量儀器經(jīng)緯儀、全站儀等通過導(dǎo)線測量的方式方法進行首級圖根控制網(wǎng)的布設(shè)，采用極坐標法、交會法等進行圖根控制點的加密，然后使用全站儀配備棱鏡桿(困難地段采用無棱鏡或者粘貼反射片)對地物、地貌特征點進行實地數(shù)據(jù)采集。在范圍比擬大、空曠的地帶，采用GNSS接收機根據(jù)靜態(tài)測量形式布設(shè)首級圖根控制點，用GNSS-RTK快速靜態(tài)形式(控制點測量)進行圖根控制點的加密，使用GNSS-RTK點測量形式采集地形特征點。接觸式數(shù)據(jù)采集方式是單點測量形式，需要測量工作人員到達每一個碎部點，逐點采集數(shù)據(jù)，人員需求量大、作業(yè)成本高、工作效率低下，已經(jīng)無法知足人們生產(chǎn)、生活的需求。由此，探尋求索愈加靈敏、方便、迅速的數(shù)字測圖方式方法是很有必要的。近些年來，隨著無人機技術(shù)發(fā)展，對基于無人機低空攝影測量技術(shù)制作大比例尺數(shù)字正射影像圖的需求不斷增加，無人機低空攝影測量作為新興的測繪方式方法已得到廣泛的應(yīng)用[1]。利用無人機采用低空攝影測量技術(shù)進行野外數(shù)據(jù)采集又叫航片(橡片)數(shù)字采集，是非接觸式采集方式。無人機的機動靈敏，在相對于地表的1?000m下面飛行，飛行成本低等優(yōu)點，使得采用無人機獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)，利用空三加密的方式進行影像校正，生成數(shù)字正射影像圖，輸出4D產(chǎn)品。由于無人機飛行高度低以及傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)字線劃圖(DLG)知足大比例尺數(shù)字測圖規(guī)范的要求。無人機低空攝影測量技術(shù)是一種高效獲取地理信息的新途徑新方式方法，將其應(yīng)用到數(shù)字測圖實訓(xùn)中已經(jīng)成為一種必然趨勢[2]。二、數(shù)字測圖系統(tǒng)數(shù)字測圖是以數(shù)字的形式表示出地形特征點的集合形態(tài)，其本質(zhì)是一種全解析機助測圖方式方法[3]。數(shù)字測圖系統(tǒng)以計算機為核心，在外接輸出、輸入設(shè)備的軟硬支持下，對地球空間數(shù)據(jù)進行采集、輸入、處理、成圖、輸出、管理的系統(tǒng)。數(shù)字測圖主要由地形數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與成圖和成果與圖形輸出三部分組成。圍繞這三個部分，根據(jù)硬件配置、數(shù)據(jù)采集作業(yè)方式、數(shù)據(jù)處理方式方法、圖構(gòu)成果輸出等內(nèi)容的不同，產(chǎn)生多種數(shù)字測圖系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)據(jù)采集作業(yè)方式，一般區(qū)分為原有紙質(zhì)地圖矢量化數(shù)字成圖系統(tǒng)、航測像片矢量化數(shù)字成圖系統(tǒng)、地面數(shù)字測圖系統(tǒng)。原有紙質(zhì)地圖矢量化數(shù)字成圖系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)有紙質(zhì)、膠片等地形圖經(jīng)過掃描和幾何糾正以及色彩校正后，構(gòu)成在內(nèi)容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格數(shù)據(jù)集，就是數(shù)字柵格地圖(DRG)。地圖地理內(nèi)容、外觀視覺式樣與同比例尺地形圖一樣。航測像片矢量化數(shù)字成圖系統(tǒng)則是利用航空像片或遙感影像，經(jīng)過像元糾正，按圖幅范圍裁切生成的影像數(shù)據(jù)，就是數(shù)字正射影像圖(DOM),最后將數(shù)字正射影像圖在數(shù)據(jù)處理軟件的介入下，生成數(shù)字線劃圖(DLG)。數(shù)字線劃圖是在現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理要素分層存儲的矢量數(shù)據(jù)集。地面數(shù)字測圖系統(tǒng)是指利用測量儀器設(shè)備全站儀、GNSS接收機、鋼卷尺等直接到野外采集地形特征點數(shù)據(jù)，配合現(xiàn)場草圖，經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，在數(shù)據(jù)處理軟件里編輯成圖，最后輸出地形圖成果。三、低空攝影測量技術(shù)無人機低空攝影測量系統(tǒng)基本構(gòu)成包括：無人機飛行器平臺系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)五部分[4]。無人機利用無線電遙控器和航線設(shè)置程序進行無人駕駛控制操縱。在其平臺系統(tǒng)搭載數(shù)碼相機進行像片拍攝和記錄，通過無線通信技術(shù)進行影像的同步傳輸，進而實現(xiàn)實時、動態(tài)地對地理信息調(diào)查監(jiān)測。跟傳統(tǒng)的航天攝影測量相比，無人機攝影測量系統(tǒng)具有視野清楚明晰、數(shù)據(jù)采集精度高、成本低、效率高等眾多優(yōu)點，在環(huán)境保衛(wèi)、環(huán)境監(jiān)測、土地利用現(xiàn)在狀況監(jiān)測、交通、氣象、軍事等行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在測繪行業(yè)方面，主要利用在大比例尺地形圖測繪、地籍權(quán)屬調(diào)查、城市規(guī)劃等工作中[5]。無人機低空攝影測量技術(shù)通過數(shù)字正射影像圖制作大比例尺地形圖，將作業(yè)流程分為技術(shù)方案設(shè)計、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理空三加密、內(nèi)業(yè)線劃圖并野外調(diào)繪、成果輸出與資料整理共五個階段。華而不實低空攝影測量技術(shù)方案設(shè)計主要有：任務(wù)概述、作業(yè)區(qū)地然地理大概情況、已有資料收集、方案設(shè)計根據(jù)、項目進度布置、技術(shù)施行方案等，外業(yè)數(shù)據(jù)采集有：GNSS-RTK像控點數(shù)據(jù)采集和無人機低空攝影測量兩部分內(nèi)容。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要先完成立體像片空三加密工作，然后進行內(nèi)業(yè)線劃圖的制作，同時完成外業(yè)調(diào)繪工作，在以上工作完成之后，最后進行成果輸出和資料整理，整個經(jīng)過始終堅持經(jīng)過檢查，經(jīng)過檢查通過后，最終檢查，修改存在問題，經(jīng)復(fù)核、檢查后，提交成果資料[6]。四、數(shù)字測圖課程設(shè)計(數(shù)字測圖技術(shù)〕是高等職業(yè)教育3年制工程測量技術(shù)專業(yè)的一門核心技能課程，(工程測量員〕測繪行業(yè)職業(yè)資格的證書課程之一，(數(shù)字測圖技術(shù)〕在工程測量技術(shù)專業(yè)的教學(xué)體系中占有重要地位，也是其他測繪類相關(guān)專業(yè)的骨干課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識，獲取新知識和能力的重要課程。該課程的主要任務(wù)是：講授數(shù)字測圖技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成；數(shù)字測圖技術(shù)的作業(yè)經(jīng)過；1:500數(shù)字測圖的技術(shù)設(shè)計；大比例尺數(shù)字測圖的外業(yè)工作；培養(yǎng)學(xué)生布設(shè)圖根控制網(wǎng)；控制測量加密圖根點；全站儀碎部點數(shù)據(jù)采集；網(wǎng)絡(luò)GNSS-RTK測量碎部點；無人機低空攝影測量數(shù)據(jù)采集；三維激光掃描儀掃描斷面及土方量；大比例尺數(shù)字測圖內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理；數(shù)字地形圖檢查驗收與技術(shù)總結(jié)；數(shù)字地形圖基本信息查詢；斷面圖的繪制；土方量計算等。使學(xué)生擁有利用GNSS接收機、全站儀、無人機、三維激光掃描儀等儀器設(shè)備在工程勘察設(shè)計、地籍測量、房產(chǎn)測量、城市管網(wǎng)測量、控制測量、地形圖測繪、工程施工測量、工程變形監(jiān)測、線路與橋隧測量、地理信息系統(tǒng)管理等方面工作的能力。(數(shù)字測圖技術(shù)〕是一門實踐性很強的課程，在整個課程的教學(xué)經(jīng)過中分為課程任務(wù)設(shè)計、單項技能訓(xùn)練、綜合性技能訓(xùn)練以及頂崗實踐四個環(huán)節(jié)，具體表現(xiàn)出學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)與實際工作的一致性。以工程生產(chǎn)項目為載體設(shè)計課程學(xué)習(xí)項目，內(nèi)容來源于真實的項目；以工程生產(chǎn)項目的工作經(jīng)過為主線布置課程內(nèi)容，具體表現(xiàn)出真實的流程。通過崗位職業(yè)能力分析，根據(jù)(數(shù)字測圖技術(shù)〕課程標準，制定項目行動領(lǐng)域及典型工作任務(wù)。將數(shù)字測圖技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容進行分解，將詳細任務(wù)進行知識點、技能點分解，共有知識點22個，技能點32個。該課程的重點為地面數(shù)字測圖技術(shù)，即利用全站儀、GNSS接收機進行野外數(shù)據(jù)采集，然后將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，在計算機軟件的支撐下，完成地形圖的繪制工作。難點為基于影像的數(shù)字測圖技術(shù)，即以航空像片或衛(wèi)星像片作為數(shù)據(jù)來源，利用攝影測量和遙感的方式方法獲得測區(qū)的影像并構(gòu)成立體像對，在解析測圖儀上采集地形特征點并自動傳輸?shù)接嬎銠C中或直接用數(shù)字攝影測量方式方法進行數(shù)據(jù)采集，用軟件進行數(shù)據(jù)處理，自動生成數(shù)字地形圖，最后由數(shù)控繪圖儀輸出地形圖。針對教學(xué)重點，通過數(shù)字測圖技術(shù)設(shè)計書的編寫、GNSS-E級首級圖根控制測量、GNSS-RTK圖根控制點加密、全站儀導(dǎo)線測量圖根控制點加密、GNSS-RTK對(路燈、電桿、井蓋等)獨立地物碎部點的采集、GNSS-RTK對測區(qū)高程點(陡坎、斜坡等)的采集、全站儀對房屋及附屬物的測量、全站儀對(林地、草地、運動場等)地物的測量、南方CASS成圖軟件的安裝、地物的繪制、等高線的生成及修剪、地形圖的整飾共5個任務(wù)，13個子任務(wù)，50課時的內(nèi)外業(yè)實訓(xùn)項目設(shè)置，以校園綜合實訓(xùn)場為支撐，加強地面數(shù)字測圖技術(shù)的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠熟練把握利用全站儀、GNSS接收機進行野外數(shù)據(jù)采集并通過南方CASS軟件實現(xiàn)內(nèi)業(yè)成圖的基本流程。針對教學(xué)難點，通過GNSS-RTK像控點的設(shè)置及數(shù)據(jù)采集、無人機飛行道路設(shè)置及數(shù)據(jù)采集、全站儀測量斷面控制點及拐點、三維激光掃描儀掃描斷面數(shù)據(jù)、航天遠景制圖軟件內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理(基于Pix4Dmapper全數(shù)字系統(tǒng)空中三角測量、采集地形特征點并生成線劃圖(DLG))、三維激光掃描數(shù)據(jù)的(預(yù)處理及特征點提取、數(shù)據(jù)拼接及數(shù)據(jù)過濾)共4個任務(wù)，8個子任務(wù)，30課時的內(nèi)外業(yè)實訓(xùn)項目設(shè)置，以地理信息綜合實訓(xùn)機房為基礎(chǔ)，加強基于影像的數(shù)字測圖技術(shù)的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠了解以無人機低空攝影測量像片矢量化生成地形圖以及通過三維激光掃描儀進行三維建模的基本流程。五、結(jié)束語近些年來，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位、攝影測量與遙感、計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、圖像處理等技術(shù)日新月異的快速發(fā)展，使得測繪行業(yè)在數(shù)字測圖方面的數(shù)據(jù)采集方式有了很大的改變，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的獲取方式方法越來越多，采集數(shù)據(jù)的準確性，成圖效率越來越高。當代測繪科學(xué)技術(shù)已經(jīng)向著數(shù)字化、自動化、智能化的方向發(fā)展，全文以大比例尺地面數(shù)字測圖為主線，在闡述全站儀、GNSS-RTK等野外數(shù)據(jù)采集方式的同時，對無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)采集方面的內(nèi)容進行了重點設(shè)計。知足當下高職類工程測量技術(shù)、測繪地理信息技術(shù)等專業(yè)在數(shù)字測圖課程教學(xué)的需要。本文通過將低空攝影測量技術(shù)引入數(shù)字測圖實訓(xùn)環(huán)節(jié)，對課程內(nèi)容進行改革，對接行業(yè)最新發(fā)展，參加低空攝影測量技術(shù)環(huán)節(jié)，使得學(xué)生能夠在畢業(yè)之后，以最快的速度適應(yīng)崗位，培養(yǎng)出能夠與企業(yè)一線對接的技術(shù)人才。以下為參考文獻[1]盧曉攀無人機低空攝影測量成圖精度實證研究[D]中國礦業(yè)大學(xué)(北京),2020[2]范承嘯,韓俊,能志軍等無人機遙感技術(shù)現(xiàn)在狀況與應(yīng)用[J]測繪科學(xué),2018,34(5):214~2