低空無人機技術在大比例尺測圖中的應用

李慶勇

貴州省西能煤炭勘查開發有限公司

低空無人機技術在大比例尺測圖中的應用

李慶勇

貴州省西能煤炭勘查開發有限公司

低空無人機由于自重小、機動性強、操作維護便捷等優點在獲取大比例尺地圖測繪數據中具有重要的應用前景。本文將以測圖鷹X-100為例，就其在大比例尺地形圖測繪中的應用展開探討，并從數據采集、空三加密、正射影像圖輸出、數字線劃圖以及三維圖生成等方面進行研究，以有效解決低空無人機數據處理的關鍵技術。

無人機；低空攝影測量；空三加密；大比例尺地形圖；應用研究

測繪業是推進城市智能化管理，更好的服務城市建設、規劃、社會及公眾服務的重要基礎工作。傳統航空攝影技術因手續繁復、對天氣及飛行條件依賴性較大，無法滿足大比例尺、高精度影像數據作業需要。無人機技術的成熟及發展，特別是在避免空域申請、操作便捷、機動靈活上可以通過低空飛行來獲取高分辨率攝影數據，對于構建小范圍大比例尺地圖數據來說具有重要的應用前景[1]。需要強調的是，針對無人機技術的應用，由于無人機自重小，飛行高度較低，對于外界的干擾更容易影響其穩定性，特別在數碼相機的裝配上，由于焦距較小、在后期影像拼接、空三加密等方面還存在較多難度。

一、無人機系統組成及軟件處理技術

無人機在低空飛行中能夠獲取高精度的測繪數據，在城市規劃、國土資源遙感監測、應急救災、重大項目建設中發揮了重要作用[2]。本例采用的測圖鷹X-100系統，其組成主要有飛行器，影像處理軟件和數字測圖系統三部分。對于測圖鷹X-100飛行器來說，其正常飛行高度低于600m，飛行速度80-90km/h，續航時間40min。搭載的數碼相機焦距6.2mm，像素為0.00208mm。整機自重2kg，翼展100cm，以彈射架起飛、硬著陸降落，對起降場地要求較低。整個系統因采用較高測繪新技術，能夠滿足快速有效的對危險區域、難以到達的區域進行小范圍的高精度測繪，具有較高的性價比優勢。在影像處理軟件上，測圖鷹X-100采用航測全自動空三影像處理系統Cloud-AT ver1.0，能夠滿足對現有航攝相機、數碼影像數據的全面兼容，特別是適用于低空機航攝，無人機航攝所獲取的豎直影像數據處理，特別是在多視影像匹配上，能夠結合空中三角測量網自動構建，再利用高分辨率影像來完成高精度航測定位要求。其特點主要表現在：一是該軟件能夠完成自動空三角測量功能，對于來自無人機的影像數據，可以通過GPS、無GPS下的空三解算要求；二是在數據存儲上能夠完成最多100個定向點的影像數據，并自動完成處理；三是以自動DEM功能完成自動匹配；四是對于系統配置要求較低，普通電腦即可完成對空三計算；五是其數據在經過自動處理后可以直接生產立體測圖；六是具有相機校驗功能，應用成本較低。在數字測圖系統中，基于Microsta?tion J平臺的SSK采集軟件，不僅節省人力，還能夠提升地圖測繪精度。本系統自帶的數據庫，可以方便的完成對輸出接口的選擇，利用通用CAD軟件來進行操作和輸出，比手輪腳盤方式測繪更有效。

二、無人機低空作業在大比例尺測圖中的作業流程及關鍵技術分析

利用無人機開展低空測繪，其工作內容主要有對測區進行影像數據采集、設置野外影像控制點、空三加密、以及數字測圖等步驟[3]。細化來看，其關鍵技術主要有：一是針對非量測數碼相機在應用中，需要對影像畸變進行糾正處理。二是對地面控制點的布控，針對無人機低空飛行中的數據采集精度問題，需要對地面進行控制點布控，特別是增加控制點數量來提升成圖精度。結合無人機航測區域進行動態加密，優化飛行航帶，確保航向重疊80%，旁向重疊60%。對于像控點進行布設時，要確保測區的均衡性，一般設在航向三片重疊和旁向重疊中線上，對于誤差較大的像控點要進行剔除[4]。三是在影像鑲嵌上進行正射修正。針對低空無人機所采用的非測相機，其影像成像以中心為投影，對于邊緣影像誤差較大，因此需要通過影像鑲嵌來修正，以滿足大比例尺成圖要求。在鑲嵌線修正過程中，盡量以線性特征接邊線如河流、道路為界；盡量避免直接橫穿大型建筑；盡量避免橫穿大面積沙漠、水區；盡量遠離影像邊緣。在鑲嵌線修正后，要對整個測區進行拼合，由于色差或亮度差異性，要對鑲嵌線周邊進行勻光勻色處理，使其過渡自然。四是在數據處理上能夠滿足海量影像的重疊處理。由于高分辨率下的航空攝影數據量較大，在影像自動空三處理時需要進行整體平差處理，以保障鑲嵌線協調統一。在軟件選擇上要考慮到大容量高性能軟件進行編輯處理。

三、測圖鷹X-100應用實例分析

本例采用測圖鷹X-100，以300m低空飛行，測區面積為3.5km2，地面風力0.1m，預設像控點88個，檢查的140個。由于本系統軟件采用空三加密，能夠滿足X軸絕對定向精度0.1700、Y軸0.2541、Z軸0.3993，相對定向精度X軸0.3156、Y軸0.3112、Z軸0.4675數據加密要求，直接導入SSK軟件進行立體測圖，并與檢查點獲取數據進行對比。在DOM數據輸出上，Cloud-AT1.0軟件采用空三加密DEM數據，以批量輸出正射影像圖，并通過ERDAS軟件對其進行DOM拼接，獲得較為完整的正射影像圖。在DLG數據生成上，對于上述數據進行導入SSK軟件，通過對整個測區的拼接，以最終生成數字線劃圖。在三維立體圖的生成上，以DLG數字線化圖為基礎，結合DEM數據來最終完成三維圖。

四、結語

在本例無人機低空測繪小范圍大比例尺地圖實施中，對于影像數據的采集、空三加密，以及正射圖像的輸出、數字線劃圖的生成，最終三維立體圖的構建等方面，測圖鷹X-100所建立的數字攝影測量系統，其最大點位誤差為0.5m，且整機體積小，操作簡便靈活，對于小范圍高精度測繪工作具有較好的應用優勢。

[1]魯恒,李永樹,何敬,任志明.無人機低空遙感影像數據的獲取與處理[J].測繪工程.2011(01).

[2]李永樹.基于無人機技術的地形圖測繪研究[J].測繪.2011 (04).

[3]叢金山,宋平,甄樹敏.低空攝影大比例尺成圖測量采礦區面積[J].林業實用技術.2012(07).

[4]王湘文,于啟升,王雅鵬.無人機低空攝影測量系統在大比例尺地形圖中的應用[J].地礦測繪.2013(01).