数字测图实训中低空摄影测量技术的运用论文
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摘 要：
近些年来，随着我国的经济迅速发展，各类地理信息库的更新加快，对土地利用现状的实时监测变得越来越重要。对接行业最新发展，在数字测图课程实训环节，在加强地面数字测图技术的同时，将低空摄影测量技术引入，对课程内容进行改革，使得学生能够在毕业之后，以最快的速度适应岗位，培养出能够与企业一线对接的技术人才。
关键词 :
无人机；摄影测量；数字测图；
一、研究背景和意义
进入到21世纪，我国的经济迅速发展，各个领域的信息化建设都在加快，由此导致各类地理信息库需要更新，对土地利用情况进行实时监测，制作地理信息专题图。而传统的大比例尺地形图测绘多采用接触式数据采集方式，在小范围内、GNSS卫星信号弱或有遮挡的地方，用大地测量仪器经纬仪、全站仪等通过导线测量的方法进行首级图根控制网的布设，采用极坐标法、交会法等进行图根控制点的加密，然后使用全站仪配备棱镜杆(困难地段采用无棱镜或者粘贴反射片)对地物、地貌特征点进行实地数据采集。在范围比较大、空旷的地带，采用GNSS接收机按照静态测量模式布设首级图根控制点，用GNSS-RTK快速静态模式(控制点测量)进行图根控制点的加密，使用GNSS-RTK点测量模式采集地形特征点。接触式数据采集方式是单点测量模式，需要测量工作人员到达每一个碎部点，逐点采集数据，人员需求量大、作业成本高、工作效率低下，已经无法满足人们生产、生活的需求。由此，探索更加灵活、方便、迅速的数字测图方法是很有必要的。近些年来，随着无人机技术发展，对基于无人机低空摄影测量技术制作大比例尺数字正射影像图的需求不断增加，无人机低空摄影测量作为新兴的测绘方法已得到广泛的应用[1]。
利用无人机采用低空摄影测量技术进行野外数据采集又叫航片(橡片)数字采集，是非接触式采集方式。无人机的机动灵活，在相对于地表的1?000m以下飞行，飞行成本低等优点，使得采用无人机获取高分辨率的影像数据，利用空三加密的方式进行影像校正，生成数字正射影像图，输出4D产品。由于无人机飞行高度低以及倾斜摄影测量技术的发展，其数字线划图(DLG)满足大比例尺数字测图规范的要求。无人机低空摄影测量技术是一种高效获取地理信息的新途径新方法，将其应用到数字测图实训中已经成为一种必然趋势[2]。
二、数字测图系统
数字测图是以数字的形式表达地形特征点的集合形态，其实质是一种全解析机助测图方法[3]。数字测图系统以计算机为核心，在外接输出、输入设备的软硬支持下，对地球空间数据进行采集、输入、处理、成图、输出、管理的系统。数字测图主要由地形数据采集、数据处理与成图和成果与图形输出三部分组成。围绕这三个部分，根据硬件配置、数据采集作业方式、数据处理方法、图形成果输出等内容的不同，产生多种数字测图系统。
按照数据采集作业方式，一般区分为原有纸质地图矢量化数字成图系统、航测像片矢量化数字成图系统、地面数字测图系统。原有纸质地图矢量化数字成图系统是根据现有纸质、胶片等地形图经过扫描和几何纠正以及色彩校正后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格数据集，就是数字栅格地图(DRG)。地图地理内容、外观视觉式样与同比例尺地形图一样。航测像片矢量化数字成图系统则是利用航空像片或遥感影像，经过像元纠正，按图幅范围裁切生成的影像数据，就是数字正射影像图(DOM),最后将数字正射影像图在数据处理软件的参与下，生成数字线划图(DLG)。数字线划图是在现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。地面数字测图系统是指利用测量仪器设备全站仪、GNSS接收机、钢卷尺等直接到野外采集地形特征点数据，配合现场草图，经过数据传输，将采集的数据传输到计算机，在数据处理软件里编辑成图，最后输出地形图成果。
三、低空摄影测量技术
无人机低空摄影测量系统基本构成包括：无人机飞行器平台系统、传感器系统、飞行控制系统、地面监控系统、地面保障系统五部分[4]。
无人机利用无线电遥控器和航线设置程序进行无人驾驶控制操纵。在其平台系统搭载数码相机进行像片拍摄和记录，通过无线通信技术进行影像的同步传输，从而实现实时、动态地对地理信息调查监测。跟传统的航天摄影测量相比，无人机摄影测量系统具有视野清晰、数据采集精度高、成本低、效率高等诸多优点，在环境保护、环境监测、土地利用现状监测、交通、气象、军事等行业领域得到广泛应用。在测绘行业方面，主要利用在大比例尺地形图测绘、地籍权属调查、城市规划等工作中[5]。
无人机低空摄影测量技术通过数字正射影像图制作大比例尺地形图，将作业流程分为技术方案设计、外业数据采集、内业数据处理空三加密、内业线划图并野外调绘、成果输出与资料整理共五个阶段。其中低空摄影测量技术方案设计主要有：任务概述、作业区地然地理概况、已有资料收集、方案设计依据、项目进度安排、技术实施方案等，外业数据采集有：GNSS-RTK像控点数据采集和无人机低空摄影测量两部分内容。内业数据处理主要先完成立体像片空三加密工作，然后进行内业线划图的制作，同时完成外业调绘工作，在以上工作完成之后，最后进行成果输出和资料整理，整个过程始终坚持过程检查，过程检查通过后，最终检查，修改存在问题，经复核、检查后，提交成果资料[6]。
四、数字测图课程设计
《数字测图技术》是高等职业教育3年制工程测量技术专业的一门核心技能课程，《工程测量员》测绘行业职业资格的证书课程之一，《数字测图技术》在工程测量技术专业的教学体系中占有重要地位，也是其他测绘类相关专业的骨干课程，是学生学习专业知识，获取新知识和能力的重要课程。该课程的主要任务是：讲授数字测图技术的系统构成；数字测图技术的作业过程；1:500数字测图的技术设计；大比例尺数字测图的外业工作；培养学生布设图根控制网；控制测量加密图根点；全站仪碎部点数据采集；网络GNSS-RTK测量碎部点；无人机低空摄影测量数据采集；三维激光扫描仪扫描断面及土方量；大比例尺数字测图内业数据处理；数字地形图检查验收与技术总结；数字地形图基本信息查询；断面图的`绘制；土方量计算等。使学生拥有利用GNSS接收机、全站仪、无人机、三维激光扫描仪等仪器设备在工程勘察设计、地籍测量、房产测量、城市管网测量、控制测量、地形图测绘、工程施工测量、工程变形监测、线路与桥隧测量、地理信息系统管理等方面工作的能力。
《数字测图技术》是一门实践性很强的课程，在整个课程的教学过程中分为课程任务设计、单项技能训练、综合性技能训练以及顶岗实践四个环节，体现学生在学校学习与实际工作的一致性。以工程生产项目为载体设计课程学习项目，内容来源于真实的项目；以工程生产项目的工作过程为主线安排课程内容，体现真实的流程。通过岗位职业能力分析，根据《数字测图技术》课程标准，制定项目行动领域及典型工作任务。将数字测图技术课程教学内容进行分解，将具体任务进行知识点、技能点分解，共有知识点22个，技能点32个。该课程的重点为地面数字测图技术，即利用全站仪、GNSS接收机进行野外数据采集，然后将采集的数据导入电脑，在计算机软件的支撑下，完成地形图的绘制工作。难点为基于影像的数字测图技术，即以航空像片或卫星像片作为数据来源，利用摄影测量和遥感的方法获得测区的影像并构成立体像对，在解析测图仪上采集地形特征点并自动传输到计算机中或直接用数字摄影测量方法进行数据采集，用软件进行数据处理，自动生成数字地形图，最后由数控绘图仪输出地形图。
针对教学重点，通过数字测图技术设计书的编写、GNSS-E级首级图根控制测量、GNSS-RTK图根控制点加密、全站仪导线测量图根控制点加密、GNSS-RTK对(路灯、电杆、井盖等)独立地物碎部点的采集、GNSS-RTK对测区高程点(陡坎、斜坡等)的采集、全站仪对房屋及附属物的测量、全站仪对(林地、草地、运动场等)地物的测量、南方CASS成图软件的安装、地物的绘制、等高线的生成及修剪、地形图的整饰共5个任务，13个子任务，50课时的内外业实训项目设置，以校园综合实训场为支撑，加强地面数字测图技术的学习，使得学生能够熟练掌握利用全站仪、GNSS接收机进行野外数据采集并通过南方CASS软件实现内业成图的基本流程。
针对教学难点，通过GNSS-RTK像控点的设置及数据采集、无人机飞行路线设置及数据采集、全站仪测量断面控制点及拐点、三维激光扫描仪扫描断面数据、航天远景制图软件内业数据处理(基于Pix4D mapper全数字系统空中三角测量、采集地形特征点并生成线划图(DLG))、三维激光扫描数据的(预处理及特征点提取、数据拼接及数据过滤)共4个任务，8个子任务，30课时的内外业实训项目设置，以地理信息综合实训机房为基础，加强基于影像的数字测图技术的学习，使得学生能够了解以无人机低空摄影测量像片矢量化生成地形图以及通过三维激光扫描仪进行三维建模的基本流程。
五、结语
近些年来，随着卫星导航定位、摄影测量与遥感、计算机、网络通信、图像处理等技术日新月异的快速发展，使得测绘行业在数字测图方面的数据采集方式有了很大的改变，基础地理信息数据的获取方法越来越多，采集数据的准确性，成图效率越来越高。
现代测绘科学技术已经向着数字化、自动化、智能化的方向发展，全文以大比例尺地面数字测图为主线，在阐述全站仪、GNSS-RTK等野外数据采集方式的同时，对无人机摄影测量技术在数字地形图数据采集方面的内容进行了重点设计。满足当前高职类工程测量技术、测绘地理信息技术等专业在数字测图课程教学的需要。
本文通过将低空摄影测量技术引入数字测图实训环节，对课程内容进行改革，对接行业最新发展，加入低空摄影测量技术环节，使得学生能够在毕业之后，以最快的速度适应岗位，培养出能够与企业一线对接的技术人才。
参考文献
[1]卢晓攀无人机低空摄影测量成图精度实证研究[D]中国矿业大学(北京),2014
[2]范承啸,韩俊,能志军等无人机遥感技术现状与应用[J]测绘科学, 2009,34(5):214~215
[3]纪勇数字测图技术应用教程[M].郑州:黄河水利出版社，2008
[4]赵翔于无人机航摄DOM生成技术的研究与应用[D].东华理工大学, 2015
[5]崔书珍,周金国.无人机航摄系统在1:1000地形图测绘中的应用[J].地矿测绘, 2014,4:29 ~31
[6]胡晓曦，李永树,李何超等无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析[J].测绘工程, 2010,4:68 ~70,74
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