無人機低空攝影測量在電力行業的應用

賈曉敏 杜永軍 張力耘

摘要：無人機具有機動性強、影像分辨率高、系統總體運行成本低等優點。文章以山西中部地區光伏電場應用無人機進行地形圖測繪為例，闡述了利用無人機低空攝影測量制作1：1000比例尺地形圖的作業流程，并對成果進行了精度分析。

關鍵詞：無人機低空攝影測量；光伏電場；inpho攝影測量系統

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

The application of low altitude UAV photogrammetry In electric power project

JIA Xiaomin，DU Yongjun，ZHANG Liyun

（Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute of China Energy Engineering Group，Taiyuan 030001，China）

Abstract： Unmanned Aerial Vehicle has high mobility， high image resolution， and low operation cost of the overall system. This paper describes the use of low-altitude UAV photogrammetry production of 1： 1000 scale topographic map of the processes in Shanxi Province in the PV field ， and provides the accuracy of analysis performed results analysis.

Key words： low altitude UAV photogrammetry；photovoltaic power plant；inpho photogrammetry system

0 引言

20世紀80年代以來，隨著計算機、通訊技術研發熱潮的蓬勃興起以及各類探測精度高、重量體積輕度小巧的新型數字化的新型數字化傳感器的相繼面世，無人機的性能獲得了迅猛提升，應用范圍和應用領域迅速拓展。近年來，基于無人機平臺的數字航攝技術已呈現其獨特的優勢，無人機與航空攝影測量相結合使得“無人機低空攝影測量”成為測繪領域的一個嶄新發展方向。不僅可以大大減少外業數據獲取時間、豐富測量成果，而且其非接觸式的測量手段使外業工作更加安全，因而已然成為現代測量技術的發展趨勢。

本文以山西省中部地區光伏電場應用無人機進行地形圖測繪為例，闡述了利用無人機低空攝影測量制作1：1000比例尺地形圖的作業流程，并對成果重點給出了精度分析。

1 應用實例

1.1 項目概況

本項目為光伏發電項目，主要位于山西省中部地區，測量范圍為山區地形，海拔高度1 100米左右。本項目利用無人機搭載高分辨率數碼相機拍攝得到影像圖，利用Inpho攝影測量系統處理后期數據，制作1：1000地形圖。由于測區范圍廣泛，本文只采用部分區域進行介紹。無人機航拍共6條航線，一共379張像片。

1.2 航空攝影

本次采用航測遙感無人機平臺，航攝儀采用天寶UX5。航攝方案技術參數為：航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，保證全攝區無航測漏洞，航向超出攝區范圍6條基線，旁向超出攝區不少于30%像幅。根據飛行高度、大氣能見度、太陽高度角等情況正確選擇合理的曝光參數，保證影像質量。

1.3 Inpho數據處理

空中三角測量采用德國INPHO公司全數字攝影測量工作站完成，空中三角測量經過像點連接、像控點量測、平差計算過程。該軟件能對多種傳感器影像進行自動空三加密、DTM、DSM的匹配以及DOM的自動生成。

1.3.1 創建工程

根據航拍獲取的數據創建工程文件，設置相機參數，引入影像、GPS/IMU數據，導入像控點，并生成航帶。（根據數據的具體情況，設置航程方向、相機安置角、測區地面平均高、平均飛行高度、焦距、像素大小等參數；引入GPS/IMU數據時，數據ID和影像ID要一致，設置標準差。）。具體如圖1所示。

此后，即需建立影像金字塔。而建立了影像內部金字塔，可以用于后續顯示。建立過程的實現界面如圖2所示。

1.3.2 應用Match-AT模塊進行自動空三加密

在ApplicationsMaster主界面，單擊MPM按鈕，進入Photo Measurement Tool界面，設置影像顯示Active，檢查影像，確認影像相對位置關系正確。

進入空中三角測量對話框，根據實際情況選擇點密集度、匹配方式、從幾級開始計算。由此而得的連接點分布全景以及詳圖則分別如圖3、圖4所示。

本工程在采用空三加密程序Match-AT進行內業加密點加密時，加密點要求盡量布滿像片全部范圍，6度重疊的航帶連接點每張像片不少于3個。按3*3標準位置選點每個區域連接點數量不少于3個，在少點位置予以補點。

量測計算時，數據平差模型為光束法區域網平差。數據處理時，首先將物方標準方差權減小，進行粗差的剔除，然后逐步提高物方權重，確保粗差被全部檢測出來。必要時，采用PATB進行二次平差計算。

1.3.3 應用Match-T DSM 模塊提取數字地形模型

在Match-T對話框，點擊Add按鈕，進入參數設置對話框，設置要提取的DTM，地形類型，濾波，特征密度等，并設置格網大小。為此，可得模型視覺效果如圖6所示。

1.3.4 應用OrthoMaster 模塊進行正射影像糾正

正射影像是根據單張航片的內外方位元素和數字高程模型DEM，采用微分糾正軟件對各個模型的數字化航空像片進行影像重采樣，糾正影像因地面起伏、飛機傾斜等因素引起的失真，把中心投影轉換為垂直投影，從而得到正射影像。

本項目計算時，在OrthoMaster 模塊界面，把提取的las格式DTM轉換成dtm格式，在OrthoMaster界面導入DTM，修改糾正交迭的百分比，即可進行正射影像糾正。研究可得，最終正設影像呈現如圖7所示。

1.4 內業成圖

空三加密完成后，在全數字攝影測量工作站MapMatrix完成數據采集工作，采用空三自動恢復模型進行立體測圖。在MapMatrix工作站按照要求進行1：1000比例尺地形圖測繪工作，量取地面點平面和高程信息等。實現流程如圖8所示。

1.5 精度分析

為檢驗無人機低空攝影測量的精度情況，研究中對該測區1：1000地形圖進行了外業檢查。檢查采用RTK實測地形點和地物點的平面和高程，共測量地形點1652個，地物點313個。測定過程的精度分析如表1所示。

由表1可見，該測區UX5無人機航測成果精度達到了常規1：1000地形圖測圖要求。

2 結束語

通過對該測區1：1000地形圖測量和精度檢查，說明無人機低空攝影能完成1：1000比例尺地形圖測圖要求，對小區域測圖項目來說，是一種強大有效的設計方案，具有快速、實用、直觀經濟的顯著特點，極大地方便了很多測繪單位和部門自主開展無人機小區域和應急測繪工作。同時需要指出，無人機依然存在著諸如飛行時間偏短、飛行姿態并非恒穩、單架次的航攝面積小、以及像片數量多等一定缺陷。

隨著無人機攝影測量技術的發展，上述問題會逐步得到妥善解決，從而成為常規航空攝影的有效補充。

參考文獻

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