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无人机与GIS应用
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无人机与GIS应用

作者:    发布时间:2022-10-08 

无人机遥感技术是当前的前沿测绘技术,相对于传统的手工勾图、GPS轨迹测量、卫星地图软件有较大的优势[1]。林业测绘工作的准

确性与全面性得到了保障,这不仅推动了林业测绘行业的发展,并且加快了无人机技术的推广应用。

1 无人机遥感技术测绘的优势

测绘图像的获取与处理:通常在使用无人机测绘时,需要明确测绘林业区的路线,并且在开阔的环境进行试飞。试飞无误后,工作人员应一时间做好像控工作,这样无人机在林区测绘工作就可以得到保障。无人机遥感技术在测绘时,借助GPS定位系统可实现定位,产生坐标系统与高程系统,并且可以自动改变测绘图像的比例尺与分辨率,确保了在空中测绘时,借助三维模型以及高像素,确保测绘摄像较高的清晰度与辨识度,可以帮助工作人员快速获取工程测绘影像。在林业区测绘时,因为无人机遥感技术的像控点静度与DOM精度高,可实现林业区死角以及较为隐蔽的地方测绘。

2 无人机应用于林业测绘的技术路线

2.1无人机系统及作业过程

使用大疆精灵4P无人机,系统由无人机飞行平台、飞行控制系统、微型单反相机系统和地面控制APP:DJI GS PRO组成。无人机飞行平台轴距350 mm,起飞重量1 388 g,卫星定位系统为GPS/GLONASS双模。飞行控制系统主要控制和稳定无人机的起飞/着陆、飞行高度、航向和姿态。所配备微单相机为1英寸CMOS、有效像素2 000万像素,大可以拍摄分辨率5 474×3 648的RGB照片。地面控制APP:DJI GSPRO的主要功能有飞行速度、航线规划与上传、图像重叠率、拍照角度等多个参数设置。多旋翼无人机具有续航时间长、飞行速度快、飞行效率高、稳定安全、飞行灵活等优势,适合复杂山地环境的航拍作业。航摄在2018年3月8日进行,试验当天晴天,风速较小,适合无人机航拍作业。规划飞行航线时,设置航向重叠率为80%,旁向重叠率为80%,保证后期数据处理精度。将预设航线导入飞行器,以55 km·h-1的速度飞行90 min(五个架次),拍摄高度约490 m。获取JPEG格式的真彩色影像1 300张,空间分辨率为0.1 m,有红、绿、蓝3个波段,2 000万像素。

2.3 影像处理

采用俄罗斯无人机数据处理软件AgiSoft PhotoScan进行影像处理。它根的多视图三维重建技术,基于影像自动生成高分辨率正射影像及带精细色彩纹理的数字高程模型。带有空间参考坐标的数据产品可直接测量,为研究者带来了极大的便利,目前已广泛应用于林业调查、考古等行业。主要处理流程为:检查无人机影像,筛选掉航线拐角处重叠度过大、姿态角过大、成像效果较差的影像;输入影像及姿态数据,自动空三,正射校正,图像拼接。完成处理后,裁剪影像获取研究区的高分辨率正射影像

2.4 GIS界线勾绘并计算面积

把带有坐标的正射影像图加载至美国公司ESRI专业地理信息系统软件ArcGIS中,进行林地范围内有林界线勾绘。由于无人机高分辨率影像有着丰富的空间结构信息和清晰的纹理细节信息,能准确表达对象的表面纹理、内部结构、形状面积和空间关系等,可以准确地勾绘出林权界线范围内的实际有林范围,并在ArcGIS属性里面计算出面积。

3 传统林业测绘方法介绍

3.1 手工勾图

手工勾图是一种早期的林业测绘方法,在测绘过程中,需要测绘员进入林业区,观察真实地形,以特定的要求以及比例尺,在方格子画出界限,通过比例尺,大概计算出所测绘林业区的面积[2]。手工勾图所得到的测绘结果通常与实际值具有较大的差距,主要是因为a以下两点。1)人为操作导致的误差。测绘人员在具体操作过程中,因为自身工作经验与个人职业素质会导致误差,并且在测绘过程中通常是测绘人员按照自身主观经验判断分析,数据的准确性无法保障。手工勾绘,测绘人员需要足够责任心,对全面山林进行观察,凭借自身长期积累的经验,才画出准确的界线。2)客观因素。测绘获得的地形图在经过复印之后,会发生一定程度的变形,从而导致尺寸发生变化。手

工勾绘测量面积,存在部分山沟未观察到位,存在误差。专业技术人员对该林地进行两天的实地勾图,外业总共花费两天时间,内业花费一天时间来对比照片与地形图偏差。

3.2 GPS轨迹测绘

GPS轨迹测绘需要测绘人员携带GPS在林区边界走一圈,但在行走的过程中,可能会出现行走困难。在行走的过程中,要求测绘人员对地形边界有一定的了解,否则会走出界限或者不到位。在行走的过程中,测量至部分山沟处,GPS会短时间失去定位信号,而造成定位误差。GPS信号容易受到外界因素的干扰,在林区通常信号不强,此时GPS定位功能无法有效发挥,从而导致出现较大的误差[3]。试验区面积广阔,地形复杂。林地有4年没有经过抚育,植被茂密,杂草丛生,林地的界线经过山脊、山沟,使用手持GPS环绕林地外围界线测量,难度大,花费时间多,操作人员也容易受伤。由于试验区的林地面积较大,只安排两个技术人员手持GPS,绕部分林地行走,绕测了大概27 hm2,需要两个人行走一整天。

3.3 在线卫星地图软件测绘

在线卫星地图是一种融合多个地图软件功能为一体的软件,目前人们经常使用的奥维卫星地图就是把谷歌、百度、搜狗等地图融为一体。这些地图软件的更新需要卫星影像供应商去修改,而地图更新慢会对林业测绘产生一些误差。此外,在使用的过程中还会遇到无法出图的现象。通过该林地的KML数据,在国外的卫星照片网站查询历史存档数据,该林地的新卫星照片是在2018年1月17日,分辨率只有0.5 m。购买存档卫星图片,每张少5 km2,RGB卫片,单价550元/km2,购买卫片需要2 750元。卫片的网站同时提供即时卫片编程拍照、购买服务,可以对特定林地进行拍照,数据提供需要90天时间,并且编程拍摄一次少需要订购100 km2。

4 传统测绘与无人机遥感技术对比

从效率来看,GPS轨迹测量低,测量200 hm2林地,需要两个工人轮流手持GPS行走5天时间;传统手工勾图需3天时间、卫星图片勾图只需要1天时间、无人机航测需要2天时间。从技术角度分析,手工勾图与无人机技术要求高,其次为GPS轨迹测量,后是卫星图片勾图。从成本角度分析,手工勾图与无人机遥感技术成本高,其次为卫星图片勾图、后为GPS轨迹测量。

5 结语

无人机作为一种高效的检测技术,特别是在林业区测绘时,不仅提高了工作效率,并且降低了测绘误差,解决了林业区测量行走困难、信号干扰等问题,确保了林业区测量工作高效完成。希望通过对无人机遥感技术在林业测绘工程的应用分析与介绍,可以促进无人机遥感技术的发展。