园林工程无人机航测外业工作要点研究

园林工程无人机航测外业工作要点研究

符锦明

440682198110235413

摘要：园林工程的航测作业主要分为外业和内业2个板块。外业板块主要工作有设定无人机的航线和航程，让无人机自动飞行并拍摄大量现场影像等。内业板块主要工作有通过专业航测软件对航拍影像进行拼合计算，产出的数字化成果包括：数字高程模型、数字地表模型、数字正射影像图、三维实景模型和特殊影像图等。本文主要分析园林工程无人机航测外业工作要点研究。

关键词：园林工程；无人机航测；外业工作；操作要点

引言

近年来，随着民用消费级无人机技术的不断提升，越来越多的园林设计、施工人员会利用无人机进行园林工程的航测工作。无人机航测不仅具有时效性强、效率高、成本低等优势，而且飞行器体积较小，所搭载的航拍设备质量较轻，遥控器操作的飞行方式相对简单。其飞行高度仅在1000m以下，更适用于中小尺度范围内的测量任务，由此获得的影像资料足以达到风景园林专业对于现场信息观测的精度标准。

1、无人机测绘

在将无人驾驶航拍系统的基本空中摄影技术用于地形测量时，应选择三个方面提供适当的飞行平台，应根据山区的明显特征选择高速飞行平台。与中国传统的图像采集方法一样，无人机在飞行过程中图像尺寸大，绘画效果精细，在图像数据采集过程中，也有可能设计出直接测量空中三角的方法。中小型空气三角测量技术可以校正和修复射弹，从而避免故障。此外，无人机的航空摄影基本技术可以通过多种方式实现图像数据采集，如延迟拍摄补偿-曝光、转弯半径缓冲时间和高速飞行姿态控制。在收集制图技术数据时，无人机首先采用自动系统和人工系统相结合的技术。可将这两者结合起来，以消除不符合标准的测量调查数据和信息内容，并提高其他信息的持续有效性和准确性。此外，它可以基于测量的数据和结果，对定向操作感兴趣的不同方法是一种独特的建模方法。为了进行准确的定位，不需要协助机器人航空摄影的各种技术必须获得准确的导航路线和方位分析，并利用数据分析来确定这些路线是否正常和是否可以建立，以便获得准确的操作来确保关于无人驾驶飞机的航空技术，有许多紧急情况，如强烈地震、自然灾害等。精确测量紧急情况时，不能使用一般和不寻常的方法来精确测量其他任务。两种传统的测量方法都很长，只能实时监控屏幕。汶川地震灾区位于西山，周边环境比较差气温变化很大，雨下得更大在雨天，该系统的主要卫星遥感技术不能用于运输常用的航空遥感技术。无人机技术能够对受灾地区进行实时监测，无法提供实时图像，并将继续开展救灾行动。无人机的空中拍摄技术可以减少这些其他问题。小型无人驾驶飞机能够迅速进入地震灾区，并对实时动态信息监测系统进行分析。它可以持续有效地评估汶川应秀地方政府的实际情况以及房屋和道路的倒塌。无人机战斗空中摄影的基本技术提供了关于非常具体的短期目标的各种信息和数据。眼前的第一个目标是获得军事和政治地图。例如，当一个单位决定制作一幅大型的详细地图时，它需要关于该区域具体长期目标的更详细资料。数据清晰，图像数据完整清晰，但由于寺庙面积小，很难利用传统的航空摄影技术获得包含各种信息的准确数据。在没有援助的情况下，航空摄影技术提供了准确和全面的短期目标数据。

2、无人机航测与遥感系统

无人机遥感系统是一个航空遥感和摄影测量系统，利用无人机作为飞行平台，主要装载各种成像和非成像传感器，通常在几公里以下的高度，能够迅速获取和处理每一台卫星的图像数据目前，成熟的民用无人机遥感系统主要包括平台系统，如飞行平台、地球观测传感器系统、飞行控制系统和图像处理系统。

2.1常见飞行平台分类

目前的民用无人驾驶飞机市场很大，没有统一的分类标准，可按功率、用途、结构、范围和重量分为若干类。例如，视飞行的概念和结构而定，飞机、直升飞机或无人驾驶直升飞机可能属于这种情况；可根据飞机重量分为微型、小型、中型和大型；景观工业中最常用的是小型多转子无人机，其最重要的特点是能够达到飞行目标，适用于中小型场地数据收集；其次是小型固定翼无人驾驶飞行器，其飞行范围通常小于几公里，飞行速度比旋转翼无人驾驶飞行器更快、时间更长。

2.2常见飞行控制类型

无人机飞行控制系统由空中和地面两部分组成，可分为无线电遥控、预定自主控制、预定综合控制和遥控三种控制类型。空中测量要求飞机在固定高度飞行，而测量的区域必须与前后照片和邻近道路照片有一定程度的重叠。因此，目前执行空中侦察任务的无人驾驶航空器通常是综合控制类型，控制远程起飞和着陆，以适应复杂的工作环境，并为精确的测量要求制定程序路线。

3、成果要求

无人机的航测结果是通过专业航测软件对大量单张航拍影像进行拼合计算得到的。航测结果的质量是由航拍影像的重叠率和像素精度来决定的。无人机的航线密度决定了航拍影像的重叠率，无人机的航高决定了航拍影像的像素精度。

3.1影像重叠率

航拍影像的重叠率指的是相邻两张影像之间重合部分占单张影像的比例，主要分为2类：航向上的影像重叠率和旁向上的影像重叠率。在常见的航线规划软件中均可设置这两种重合率。一般来说，在同一个区域内，航线越密航拍影像的重叠率越高。重叠率越高，影像上的有效捕捉点越多，越有利于后期进行拼合计算。依照GB/T39612—2020《低空数字航空摄影规范》对像片重叠度的有关规定，即根据航向重叠度一般为60%～80%，旁向重叠度一般为15%～60%来进行合理的航线规划。但是航线越密意味着同一片航测区域需要的航线越长。航线越长，无人机的电池耗电量越大，如果不能在有限的电池容量内完成航测，那么整体的工作效率反而会大大降低。所以，根据实际航测经验，以园林工程前期踏勘为目的的航测，将航向重叠率设定为60%，旁向重叠率设定为30%～40%即可；以园林工程竣工测绘为目的的航测，应将航向重叠率设定为60%，旁向重叠率设定为50%～60%。

3.2航拍效率

常规的航线设置是一个自动飞行任务覆盖整个工程范围。在执行自动航行航拍任务时无人机执行以下工作流程：无人机将从飞手所在位置（起飞点）升空，飞抵任务起点开始航测任务→无人机一边航行一边进行影像拍摄，一旦电池电量低于35%时，无人机就会提示返航→无人机自动返航至起飞点并降落，飞手更换电池后，无人机将从起飞点重新起飞，抵达任务中断点继续开始任务→所有航线飞行完毕后无人机自动返航。在这一过程中，无人机的起飞降落过程、从起飞点抵达任务起点和任务中断点的平飞过程是不能进行航拍的，对整个航测任务而言是无效的飞行时间。园林工程的占地面积越大，这种无效飞行时间越显著。为了能有效控制拍摄时间，需对工程全境测绘区域进行合理规划。将整个工程测绘区域分解为多个小区域，保证每一个小区域的航测只需耗费1块电池。这样设置虽会产生多个起飞点，但完全消除了任务中断点，从而直接避免了无人机从任务中断点往返的无效飞行时间。飞手步行或乘车从一个起飞点移动到另一个起飞点，能大大节约无人机从起飞点抵达任务起点的无效飞行时间。虽然飞手需要在地面移动2～3次，但能尽可能地将无人机起飞后的每一秒都用作航拍，提高整个航测的效率。

结束语

为了更好地完成园林工程航测外业工作应做到以下几点：首先，不同型号无人机的电池容量不同，自身续航能力存在较大差异，但是为了航测作业的便捷性应选择体型较小的、能通过航线规划软件操控自主飞行的无人机；其次，应当注意避免降雨、风速、光照、温度、建筑和动物等一系列环境因素对航行造成的干扰，在航测前对工程现场条件进行全方位的调查并作出合理的应对措施；最后，为了得到高质量的正射影像平面图等航测成果，应在最短的时间内完成航测外业工作，满足航拍影像的重叠率和精度要求。

参考文献：

[1]程文宇,冯潇.低空多旋翼无人机航测在风景园林规划设计前期现场观测中的应用[J].中国园林,2018,34(11):98.

[2]刘通,黎展荣.基于无人机三维重建现状模型的风景园林设计研究与教学探索[J].风景园林,2018,25(6):130.

[3]杨阳,唐晓岚,詹巧巧,等.基于无人机低空航拍航测技术的传统聚落调查及其应用前景:以南京市老门东为例[J].中国园林,2021,37(3):72.

[4]赵晓龙,徐靖然,刘笑冰,等.基于无人机(UAV)观测的寒地城市公园冬季体力活动及空间分布研究:以哈尔滨四个公园为例[J].中国园林,2019,35(12):40.

[5]韩炜杰,王一岚,郭巍.无人机航测在风景园林中的应用研究[J].风景园林,2019,26(5):36.