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文物保护工作中无人机技术的运用

时间:2020-07-31 来源:测绘与空间地理信息 本文字数:2202字
作者:邢春阳 单位:辽宁宏图创展测绘勘察有限公司

  摘    要: 近年来,无人机技术飞速发展,应用也越来越广泛。它以生产周期短、高效快速、作业成本低、适用范围广、精细准确等特点被广泛应用于测绘、国土、环境、电力、海洋、铁路、文物保护等诸多领域。本文结合实例介绍无人机在文物保护中的应用。

  关键词: 文物保护; 无人机; 近景摄影测量;

  Abstract: In recent years,with the rapid development of UAV technology,its application is more and more extensive. It is widely used in surveying and mapping,land,environment,power,ocean,railway,cultural relics protection and many other fields with the characteristics of short production cycle,high efficiency and speed,low operation cost,wide application range,precision and accuracy.This paper introduces the application of UAV in cultural relics protection with examples.

  Keyword: protection of cultural relics; UAV; close range photogrammetry;

  0 、引言

  随着近景摄影测量技术的飞速发展,无人机低空摄影测量以其灵活的优势被应用于文物保护方面,可以获取分辨率高、现势性好的影像数据,为文物的保护提供参考数据,为文物监测提供长期的数据参考。本文主要介绍多旋翼无人机在文物保护工作中的应用。

  1、 资料收集与准备

  收集测区附近的国家2000平面控制点和1985国家高程基准高程控制点料作为像控点三维坐标的起算数据,收集省网CORS账号、密码、端口等信息,确保测区范围内省网CORS信号已经被覆盖,了解测区附近是否有军事用地等禁飞区。

  2 、像控点的布设与采集

  像控点布设是无人机正射影像图制作的重要步骤,像控点布设方案的好坏直接决定着空三加密精度的高低,是低空无人机摄影测量中影响测绘成果的关键步骤[1]。
 

文物保护工作中无人机技术的运用
 

  像控点选择布设在高差不大的明显地物点上,如无明显地物点时可选择用喷漆喷绘或利用打印纸张固定在地面上等方式进行制作像控点(如图1所示),像控点应均匀分布在测区范围内。

  图1 像控标志
图1 像控标志

  Fig。1 Image control sign

  3、 无人机航摄规划设计

  3.1、 航高设计

  根据实地踏勘查看高大建筑物、通信线、高压线等对无人机飞行造成影响的地物高度,进而设计无人机飞行高度。

  3.2、 飞行时间的选择

  飞行时间应选本摄区有利的气象条件,并尽可能避免或减少地表植被和其他覆盖物(如积雪、洪水、沙尘等)对摄影和测图的不良影响,确保摄影像片能够真实地呈现地面细节。通常我们尽量将飞行时间选在晴天数多、大气透明度好、光照充足等时间段进行。

  3.3 、无人机飞行参数设计

  根据本次工程需要,无人机飞行参数设计如下:航向重叠度70%;旁向重叠度80%;相对行高80 m;飞行速度3m/s;地面分辨率0.02 m;操控方式:人工遥控,自动驾驶。

  4 、无人机飞行

  通过对测区的踏勘了解,对无人机起飞地点和降落地点进行选择。无人机通过人工遥控至该架次起始点大致位置和高度处,点击开始自动驾驶模式,无人机开始对规划的拍摄点位进行依次拍摄,获得清晰影像数据。本工程共拍摄124张照片,飞行4架次。

  5 、数据传输

  将相机内的SD卡拷贝到像片文件夹内(文件夹以英文名称命名),导出POS数据并将4架次的POS数据合并导出.psz格式数据文件。

  6 、数据处理

  Agisoft Photoscan是一款基于影像自动生成高质量三维模型的软件,不需要设置初始值和相机检校,并利用多视图三维重建技术对影像进行处理,通过控制点可以生产真是坐标的三维模型。照片的拍摄位置可以是任意的,无论是航摄照片还是高分辨率的数码相机拍摄的影像都可以用[2]。软件应用的工作流程是非常自动化的。

  利用Agisoft Photoscan软件进行对齐照片、创建标记、坐标转换、生产密集点云、生产网格、生产纹理、成果输出等步骤。

  由于软件非常智能,具体操作流程就不做详细介绍。将处理好的数据输出DOM和DEM,数据格式均为Tiff格式。将DOM导入到Photoshop中进行影像修边处理,将不需要的部分裁切,使得图面美观。修剪结束后保存。DLG生产是通过DOM导入到CAD中进行矢量数据采集成图。通过Global Mapper软件将DEM导入,导出5 m×5 m间距的高程数据文件,展绘到之前矢量化的地形图上,对利用特征明显的变化的地物地貌点进行选取,并绘制等高线。

  7 、精度检查

  对完成的DLG数据进行实地检核,由于测区不大,在测区范围内选取20个明显地物点的平面位置和高程进行检核,计算平面点位中误差和高程中误差。计算结果为该测区地物点平面点位中误差为0.11 m;高程中误差为0.12 m,满足精度要求。

  8 、不足的地方

  受制于体积小、重量轻的特点,无人机在空中飞行工作比有人驾驶的大飞机更容易受到气流的干扰,容易造成无人机飞行姿态不稳定。这样造成的飞行姿态的不规律性会出现航摄影像的旋角、倾角较大等问题,从而会改变影像预先设计好的重叠度,增加内业工作量,影响无人机影像匹配的精度[3]。同时在建模方面无人机受地形因素的影响,有一些隐蔽的区域适合使用三维扫描仪。

  9 、结束语

  通过无人机在文物保护中的应用,可以对人员无法到达或者对本体造成伤害的地方进行矢量采集,使得作业更方便快捷,对文物不会造成伤害。随着无人机技术和相关软件的飞速发展,这种作业方法将会越来越多地应用在文物保护中。

  参考文献

  [1]买小争,杨波,冯晓敏.无人机航摄像控点布设方法探讨[J].测绘通报,2012(S1):267-271.
  [2] 付力.无人机影像在文物建筑保护中的应用[J].现代声像档案,2017(1):40-44.
  [3] 赵祥.基于无人机航摄DOM生成技术的研究与应用[D].南昌:东华理工大学,2015.

  原文出处:邢春阳.无人机技术在文物保护中的应用[J].测绘与空间地理信息,2020,43(06):217-218.
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