無人機免像控技術在地形圖測量中的實踐

劉燕芳

南寧市勘察測繪地理信息院 廣西 南寧 530001

正文：

前言：傳統的航測技術因使用性不強、成本高、極易受天氣影響等缺點，只能應用于中小比例尺的測量工作中。無人機技術因其具備時效性強、成本低、不易受外在條件影響等優點，被測繪人員進行廣泛使用，該技術由于能快速得到數字高程模型DEM、正射影像圖DOM等，已成為當前獲取空間地理信息的一個重要手段，而免像控技術近幾年擴大應用，取得了良好的成績。

一、無人機免像控技術

把航攝儀搭設在無人機后進行低空攝影測量，接收天線與機載GPS中心部位與航攝儀會因投影偏心而形成一個矢量常數，再通過攝影輔助設備求得姿態角，進而得到方位元素，把方位元素帶入三角測量中隨后進行平差計算，利用地面已知基準點，從而獲得更為準確的地面坐標[1]。再選取GPS定位來對航攝儀空間參數以及無人機俯仰角、側滾角、航偏角進行獲取，最終通過系統自動誤差校核，可得到影像的外方位元素，進而達成無像控也可對航測攝像進行成像的目的。

二、無人機航拍系統概述

目前在測繪行業中，無人機技術受到了廣泛的認可及應用，以往的無人機技術在實際測量中有許多不足之處，例如：相機幅度小、無人機飛行不穩、影響重疊程度高、成像差異較大等。若按以往的無人機技術進行地形圖的測量，不單野外測量的工作量會大幅度增加，同時還需設置多個像控點，這無疑給測量工作帶來難度。鑒于上述情況，無人機免像控技術隨之產生，本文重點對天狼星無人機航攝系統進行說明，天狼星無人機航攝系統是由美國拓普康公司研發的，通過與RTK技術相結合，可以得到高精度、高密度的航測圖像控制點，該項技術由于其精準的定位使得影像的位置信息與地面控制點功能一樣。天狼星無人機系統分為以下幾個方面：第一、無人機飛行平臺，平臺自身設立RTK測量板塊、影像傳感器、自動駕駛板塊。第二、地面觀測系統，其中包含無線遙控器以及地面監控軟件等。MAVinci軟件是地面檢測軟件的組成部分，該軟件可對無人機飛行軌跡、飛行高度、飛行姿態等進行分析，時刻使地面監測人員對無人機各項數據進行掌控，確保無人機順利完成其飛行任務。與此同時，該軟件也起到控制航攝系統的作用，可使無人機自行對于地勢變換進行適應[2]。第三、無人機控制系統，該系統主要任務是對飛行任務進行設備管理以及設計飛行計劃，具體由GPS接收器、自駕儀、慣性導航系統組成，對于無人機的飛行速度、飛行高度、無人機姿態等等數據進行傳輸，實現地面人員對無人機的實時監測。此外，利用手動、全自動和半自動的方式來對飛機進行控制，可以確保無人機按預設軌道平穩飛行。第四、后期處理軟件，Photoscan是后期數據處理時著重應用的一個軟件，它是一款可以通過影像從而生成質量較高的三維模型。利用無人機所獲取的航片影像、以及基準點坐標位置通過POS數據處理器自動對影像進行定向、進而進行加密裝置，最終實現免像控自動拼接，通過該操作獲得的數據極為精準。

三、工程應用

1.試驗區概況

為了更好對無人機免像控技術應用進行檢驗，選取某市作為試驗地點來對1:500的地形圖進行低空測量。因項目實施過程處于夏季天氣較為炎熱，又因工期較為緊張，為確保可以如期完工，該區域決定采取低空無人機攝影的方式來對地形圖進行測量。通過免像控技術和外業檢測相結合來對地形圖進行測繪。該試驗區南北跨度在6.8km左右，東西跨度在7.3km左右，且地勢多為丘陵及平原地區，北到青云村，西到某工業園區、西張村，東到汶河村[3]。

2.航空攝影情況

由于該試驗區地形不規則，因此利用無人機的有效航攝面積和航攝時間來對該區域進行航攝區域劃分，共分解成16個區域。具體航線設計為：直向重疊度80%，旁向重疊70%，地面分辨率在進行影像航攝時設置為3cm。開始攝影時間為2017/6/16，結束攝影時間為2017/6/18共計三天，此次航攝共計照片拍攝12760張，相幅大小4896×3264像素，相機焦距設為18mm，像素大小為4.8μm，這樣航攝出的照片具備色彩平衡、影像清晰、色調柔美、反差較小的特點。

3.影像處理和DLG生產情況

影像處理開始時間2017/6/19，結束處理時間2017/6/22共計4天。DLG生產包括1:500標準圖幅共計70幅，需10名作業人員在培訓后于9天之內對70幅地形圖的高程點和內業地形要素進行采集。此種方法與以往的傳統空三加密法及布設像控點法相比，減少了外業測量像控點及內業手動添加控制點的工作，可節約2-3天工作量。

4.地形圖精度

對于地形圖精度進行檢查采取GPS-RTK的外業采集數據模式，對于顯著地物點和特征點進行采集，其中高程檢查點150，平面檢查點223,。進行數據采集時，RTK狀態為固定解狀態，把DLG所對應的相應平面數據坐標和檢驗數據進行系統的比較和計算，最終得出DLG高程誤差為0.15m，平面誤差為0.15m，滿足實際設計需求。

總結：綜上所述，無人機免像控技術因其具備的獨特優勢，目前在測繪行業中應用比較廣泛，其作用效果與日俱增。通過實地研究發現，天狼星無人機在進行航測時對像控點的測量和設立進行了省略，同時通過進行內業處理利用計算機技術自動完成拼接，在一定程度上縮短了任務周期，工作效率大幅度提升，勘測人員的工作強度和任務量也有所下降，相信在科技的不斷發展下無人機免像控技術因其具備的獨特優勢，在未來的生產生活中可以更好發揮其作用。