有了它人人都是“古建测绘大师”

2019-04-28   来源:未知  
小编我也是很调皮的在标题卖了个关子,吹了这么大一个牛,到底是个什么东西呢,您别急,请看小编我慢慢给您道来,标题里面的那个它其实就是—无人机技术。说到无人机可能大家并不是那么的陌生,多多少少也有耳闻,随着我国科技的突飞猛进,可以说无人机一词大家也都习以为常了,可是这项技术要是放在咱们古建里面去应用,还不是特别的多见,我相信随着时间的推移,无人机测绘将日益增多,既然这期讲的是无人机,那肯定先要介绍一下什么是无人机,无人机技术是什么。首先咱们要先把一个概念搞清楚,这里所讲的无人机是无人机遥感技术的简称,不是日常生活中的无人驾驶汽车、无人驾驶飞机的那个无人机。一个是交通运输工具,另一个才是今天我们要讲的,是自动化智能化的遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。

 

一、无人机遥感技术是什么

无人机遥感(Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ), 即利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术,能够实现自动化、智能化、专用化快速获取国土资源、自然环境、地震灾区等空间遥感信息,且完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人机遥感系统由于具有机动、快速、经济等优势,已经成为世界各国争相研究的热点课题,现已逐步从研究开发发展到实际应用阶段,成为未来的主要航空遥感技术之一。

 

二、无人机测绘与传统测绘的区别

测绘作为一项古老的行业,最开始就是个苦活累活,测绘基本可以分为:外业测量和内业绘图。而外业测量,通常是按照传统的测量方式——用脚步丈量土地,到底有多苦有多累,国情普查的普查员最有发言权。


我们来简单举个实例:  2013年,我国开始了全国第一次地理国情普查,普查于2015年结束,历时3年。普查员在这期间的工作量,每人每天要核查7-8平方公里地域。常规外业核查方式一般采用步行或骑电瓶车,手持电子平板和纸图进行核查。遇到山区或者地形复杂的核查区域,全靠两条腿。

普查员需要背着全站仪,认真地核对卫星影像图上的一个个小图斑,看到不准确的地方,马上标注并修正。“这样的方法速度慢、效率低,通常一幅图要花5、6天。”

普查员在外业作业时,最主要的工作就是不停地走、不停地核对,手上的轨迹仪,每15秒钟打一个点,记录下每天的行进路程。绝无偷懒的机会。

这份苦不是一般人能受的,宇辰网记者也接触过不少测绘专业的毕业生,女生很少有出外业的,这种体力活儿男孩子也常常吃不消。参与过第一次国情普查的普查员说,有新来的小伙子刚跑两天就累倒了,合理分配体力是很重要的。

正是由于国情外业核查工作如此辛苦,所以才有无人机测绘的简便易行。

同样是在第一次国情普查期间,海南部分地区就采用了无人机航测。国家测绘地理信息局第四航测遥感院利用无人机对海南万宁、兴隆变化较大的地区进行航拍,航摄面积约24平方千米,获取0.1米分辨率原始像片2860张,并制作完成0.1米正射影像拼接图。影像成果直接提供给地理国情外业队使用,用于海南万宁、兴隆地区外业新增补测工作。同样,山东省也启用了无人机进行航测。济南市勘测院受山东省第一次全国地理国情普查领导小组委托,承担了济南市地理国情普查的生产任务。


济南市勘测院工作人员使用了两款无人机航测无人机,目前有固定翼和旋翼两款无人机,用无人机对工作人员难以到达的偏僻山区进行高清拍摄。

在航测中,充分发挥无人机的作业优势,实现内外有效结合,低空航测和地面外业调绘优势互补,有效提高国情外业调绘工作效率,缩短了外业作业时间,为国情普查工作的顺利完成打下坚实基础。由此我们可以看出,在一些大型建筑或者地点进行大规模测量或者测绘时,无人机带来效率是传统测绘所比拟不了的,大幅降低了人力物力还有时间。古建中也是如此,通常一座古建外围的面积是比较大的通过传统的手段进行测绘是相当麻烦且繁琐的一件事情,有些塔类的建筑,要通过传统的方式去测绘的话,不仅要登梯爬高,还具有一定的危险性,然而有了无人机技术,这些摆在传统测绘面前的一座座“大山”就都迎刃而解了。

 
三、无人机遥感技术的应用及特点

无人机是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器。无人机结构简单、使用成本低,不但能完成有人驾驶飞机执行的任务,更适用于有人飞机不宜执行的任务,如危险区域的地质灾害调查、空中救援指挥和环境遥感监测。

无人机为空中遥感平台的微型遥感技术,其特点是:以无人机为空中平台,遥感传感器获取信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求制作成图像。

按照系统组成和飞行特点,无人机可分为固定翼型无人机、无人驾驶直升机两大类种类。

固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行,遥控飞行和程控飞行均容易实现,抗风能力也比较强,类型较多,能同时搭载多种遥感传感器。起飞方式有滑行、弹射、车载、火箭助推和飞机投放等;降落方式有滑行、伞降和撞网等。固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地,比较适合矿山资源监测、林业和草场监测、海洋环境监测、污染源及扩散态势监测、土地利用监测以及水利、电力等领域的应用。

无人驾驶直升机的技术优势是能够定点起飞、降落,对起降场地的条件要求不高,其飞行也是通过无线电遥控或通过机载计算机实现程控。但无人驾驶直升机的结构相对来说比较复杂,操控难度也较大,所以种类有限,主要应用于突发事件的调查,如单体滑坡勘查、火山环境的监测等领域。

 

遥感传感器

遥感传感器是根据不同类型的遥感任务,使用相应的机载遥感设备,如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、多光谱成像仪、红外扫描仪,激光扫描仪、磁测仪、合成孔径雷达等。使用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点。

 

数据后期处理

无人机遥感系统多使用小型数字相机(或扫描仪)作为机载遥感设备,与传统的航片相比,存在像幅较小、影像数量多等问题,针对其遥感影像的特点以及相机定标参数、拍摄(或扫描)时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和辐射校正,开发出相应的软件进行交互式的处理。同时还有影像自动识别和快速拼接软件,实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速处理,以满足整套系统实时、快速的技术要求。进一步的建摸、分析使用相应的遥感图像处理软件
 

无人机

国内测绘无人机 航测无人机 遥感无人机 航拍无人机

上图测绘无人机机型由航模运动员田沧溟设计研发,历时一年在原有设计和军用靶机的基础上,结合无人机航测的特点加以完善改进而来。在全国多省份地区和无人机遥感,航测无人机,无人机测绘航拍,灾害预防无人机,海洋监测无人机,森林防火无人机等方面得到引进和应用。

其主要特点包括:机体重量轻,结构强度高,使用和采购成本低,维护方便及硬件方面兼容性高。该测绘用无人机采用航空级木料制作,与其他材料相比减轻了飞机的自身重量。,提升载荷能力与续航时间。木质测绘用无人机的可维护性好,飞机的各部分构件均为独立加工,使用高强度的碳纤维复合材料作为受力连接,如果机体某一部分受损,可进行局部更换,便于维护。减少了企业对飞机整机采购的成本。

 

四、古建筑与无人机

古建筑是中国传统建筑最直观的表现,构件做工精细,图案繁复精细。如何把它传承下去?古建筑的保护与复原工作是首当其冲的。但传统的古建筑保护方法会对古建筑造成进一步破坏,而且存在精度和工作效率低等缺点,无法准确地复原原建筑。利用无人飞行器进行测量可以避免传统测量技术的不足,根据采集到的点云数据建立三维模型,记录模型的几何信息,形成建筑及构件的数据库,为今后仿古建筑的建设提供数据。

    图中蓝色支架的是三维扫描仪

 

五、古建筑数据的采集与处理

1 无人飞行器进行高精度测量技术

传统的测绘方法是先找建筑物上的特征点,测量特征点的

间距,根据古建筑设计和几何关系,推测性地绘制线性特征图。

使用无人飞行器进行数据采集,可以快速完成表面数据点的采集,获得三维坐标点云数据并完整地保存在电脑中。

2 作业流程与规划 无人飞行器的作业流程与规划为:

(1)设计航线前,在地 形图上圈画出测量区域内的主要建筑物以及地面采样的距 离;

(2)计算和确定航摄的技术参数以满足条件要求;

(3)制定 飞行计划,全面设计飞行器的飞行方式和拍摄方式,满足内业 处理要求;

(4)参照实地勘察改善飞行计划,按计划飞行。

3 无人飞行器测量数据的处理

(1) 源数据预处理 点云数据在拼接后要清除错误数据,如在扫描景区内古 建筑的过程中,树木、来往的人、车等产生的数据,然后保留有 效数据。这个过程就是点云数据的滤除。

(2) 坐标系的转换如图1所示,由前方交会原理,可精确获得 ABCD 4 个点 的三维坐标(X,Y,Z)。然后将大地坐标原点与倾斜影像的坐标 原点重合,产生平移向量(Tx;Ty;T)z T 。倾斜影像的坐标原点为:X0=(Xmin+Xmax)/2 Y0=(Ymin+Ymax)/2 Z0=(Zmin+Zmax)/2

无人飞行器测量技术是一种全新的古建筑信息数字化的方法。无人飞行器测量技术可以快速精确地采集几何信息,这项技术明显减少了传统测量工作量,所得数据的精准度较高,实用性强。

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