無(wú)人機(jī)航空攝影在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

陸 康

河北省制圖院，河北石家莊 050000

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人飛行機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，利用無(wú)人飛行機(jī)作為航空測(cè)量手段也是當(dāng)前比較先進(jìn)的一項(xiàng)技術(shù)，在當(dāng)前新農(nóng)村建設(shè)中，需要利用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，能夠更加準(zhǔn)確的分析建設(shè)中存在的各種問(wèn)題。完整的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)主要由無(wú)人飛行器、傳感器、通訊系統(tǒng)和地面檢測(cè)控制等部分組成，這樣的一種先進(jìn)技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作，對(duì)于新農(nóng)村的建設(shè)提供一定的基礎(chǔ)。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)可以與數(shù)碼相機(jī)有機(jī)結(jié)合組成一個(gè)航測(cè)系統(tǒng)，這種無(wú)人駕駛的飛機(jī)具有很大的靈活性，能夠進(jìn)行云下攝影，獲得高分辨率的影像圖，在當(dāng)前的很多領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

1 有關(guān)無(wú)人機(jī)航空攝影的相關(guān)內(nèi)容闡述

無(wú)人飛行機(jī)在當(dāng)前的很多領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)能夠在地形圖測(cè)繪、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和土地監(jiān)測(cè)利用等方面被廣泛應(yīng)用，而且發(fā)揮著很大的作用。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)主要由無(wú)人飛行器、飛控系統(tǒng)、傳感器、通訊系統(tǒng)和地面測(cè)量控制等六個(gè)部分組成，無(wú)人航測(cè)技術(shù)相比于原有的航測(cè)系統(tǒng)，具有很大的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，能夠?qū)崿F(xiàn)低空攝影，可以獲得高分辨率影像。而且當(dāng)前的無(wú)人測(cè)繪系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)，從研究的最初階段已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，其中我國(guó)將無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)已經(jīng)作為我國(guó)測(cè)繪地理信息科技發(fā)展中的一項(xiàng)重要規(guī)劃。近年來(lái)，很多的區(qū)域已經(jīng)具備專(zhuān)門(mén)的無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)和隊(duì)伍，無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)中將會(huì)發(fā)揮重要的作用，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪，獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)信息是基本的地理信息資源，在新農(nóng)村建設(shè)中，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，就可以對(duì)土地進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。能夠有效實(shí)現(xiàn)地理信息的收集、識(shí)別和更新，對(duì)相關(guān)的決策進(jìn)行監(jiān)督和預(yù)測(cè)，保證我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)的順利發(fā)展。

2 新農(nóng)村建設(shè)中的無(wú)人機(jī)應(yīng)用

在我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)的過(guò)程中，測(cè)繪地理信息低新農(nóng)村建設(shè)中的重要內(nèi)容，要充分發(fā)揮測(cè)繪地理信息的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性作用。在當(dāng)前我國(guó)新型城鎮(zhèn)化的建設(shè)過(guò)程中，對(duì)于精度高、比例尺大的一些測(cè)繪地理信息成果的需求也是越來(lái)越大，在當(dāng)前新的技術(shù)下，將無(wú)人機(jī)與現(xiàn)代遙感技術(shù)和測(cè)量技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，使無(wú)人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)一種低空測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率和操控方便的一種攝影技術(shù)。在當(dāng)前的新農(nóng)村建設(shè)中，遙感技術(shù)的應(yīng)用還是存在一定的局限性，雖然遙感技術(shù)具有很高的分辨率，而且新農(nóng)村的建設(shè)的面積不是很大，如果考慮利用傳統(tǒng)的飛機(jī)進(jìn)行航攝，成本較高，因此，無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的應(yīng)用是十分有利的，無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)應(yīng)用靈活，效率高，使用成本低，可以獲得高分辨率影像，將其作為農(nóng)村建設(shè)中重要的航測(cè)技術(shù)是十分有效的。無(wú)人機(jī)在新農(nóng)村建設(shè)中，主要通過(guò)無(wú)人機(jī)影像和數(shù)據(jù)的處理分析等完成測(cè)量工作。

3 相關(guān)技術(shù)分析

3.1 無(wú)人機(jī)攝影

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，需要首先應(yīng)用到無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空攝影，其中飛行的方向就是攝影區(qū)延伸的方向，無(wú)人機(jī)影像會(huì)采用一些專(zhuān)用的軟件進(jìn)行攝像，獲得的影像清晰、層次豐富，能夠識(shí)別地面上各種的小的事物。其中內(nèi)業(yè)應(yīng)用到空三解算軟件進(jìn)行空三加密，主要利用到全自動(dòng)自動(dòng)提取DTM/DSM軟件，是一種立體像，能夠獲得地表模型，能夠自動(dòng)過(guò)濾掉建筑、植被等，形成一種數(shù)字化的高程模型，利用空三成果對(duì)DSM進(jìn)行色彩化處理，就可以制作出1∶2000數(shù)字正射影像。

3.2 空中三角測(cè)量

無(wú)人影像機(jī)存在的問(wèn)題相對(duì)比較多，其中有影像的數(shù)量多、影響的傾斜度大和比例尺等的問(wèn)題，對(duì)于無(wú)人機(jī)航攝影像，利用傳統(tǒng)的空三系統(tǒng)是不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量的。很多的商業(yè)系統(tǒng)中都應(yīng)用到無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)，其中比較有代表性的測(cè)量系統(tǒng)是Inpho系統(tǒng)，利用無(wú)人機(jī)數(shù)碼影像資料和相片控制點(diǎn)測(cè)量成果進(jìn)行空三角加密，會(huì)得到一個(gè)加密成果，包括大地坐標(biāo)、像點(diǎn)坐標(biāo)和影響的方位元素等。每個(gè)像的連接點(diǎn)都是均勻分布的，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位區(qū)都是有連接點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)相對(duì)定向。

3.3 基于GPS的相片控制測(cè)量

在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，需要根據(jù)任務(wù)要求和測(cè)量區(qū)域的地理環(huán)境特征，選擇其中的一些點(diǎn)作為基礎(chǔ)的控制點(diǎn)，在項(xiàng)目測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，利用單點(diǎn)靜態(tài)GPS進(jìn)行觀測(cè)，獲得GPS點(diǎn)三維坐標(biāo)，結(jié)合水準(zhǔn)面模型，進(jìn)行精度連測(cè)檢驗(yàn)和驗(yàn)證，通過(guò)相關(guān)的實(shí)踐驗(yàn)證，能夠有效實(shí)現(xiàn)地形圖的精度要求。其中相片控制點(diǎn)需要按照區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)，其中的平高需要按照周邊布點(diǎn)原則進(jìn)行布設(shè)，對(duì)于相片控制點(diǎn)的測(cè)量全部采用的是RTK方法施測(cè)。影像合成之后就可以從中讀取有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，所以合成的過(guò)程也是十分重要的，無(wú)人機(jī)影像輻射信息會(huì)存在一定的差異，在影像合成過(guò)程中，還需要考慮到地形起伏的影像，如果合成效果不佳，就會(huì)形成一個(gè)“鬼影”，這也是當(dāng)前需要解決的一項(xiàng)重要問(wèn)題。例如，一些新農(nóng)村項(xiàng)目的建設(shè)中，測(cè)區(qū)位置基本處于丘陵地帶，如果利用傳統(tǒng)的拼圖軟件很容易造成影像的錯(cuò)位，在完成外業(yè)像控之后，會(huì)得到某個(gè)區(qū)域的拼接影像，其中的拼接影像可以用在測(cè)量工作底圖、災(zāi)害應(yīng)急救援等方面，在進(jìn)行外業(yè)作業(yè)階段，內(nèi)業(yè)需要將空三點(diǎn)步驟提前完成，也就會(huì)提高工作效率。

3.4 地形圖產(chǎn)品的制作

對(duì)于攝像完成之后，需要對(duì)相關(guān)的相片進(jìn)行制作，一般采用的是“先內(nèi)后外”的一種生產(chǎn)模式，使用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)立體模型對(duì)區(qū)域內(nèi)的水系、交通設(shè)施，將采集到的各種地形要素進(jìn)行編碼，制作出基本的底圖，根據(jù)底圖再進(jìn)一步加深繪制工作，形成立體式的測(cè)圖數(shù)據(jù)，就可以從中獲取有關(guān)的地形情況。例如，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝，獲取有關(guān)的地形數(shù)據(jù)信息，然后繪制出1∶1000地形圖，對(duì)平面距離和高程進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)置一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。在野外檢測(cè)中，采用RTK方法獲取有關(guān)的信息數(shù)據(jù)，將檢測(cè)點(diǎn)分布在需要檢測(cè)的區(qū)域內(nèi)。

對(duì)于精度的評(píng)定一般是基于立體模型進(jìn)行。使用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，可以基于一種立體像對(duì)自動(dòng)匹配，經(jīng)過(guò)立體編輯后形成數(shù)字地表模型DSM，利用DSM對(duì)無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行批量單片的處理。在一般的額制作流程中，會(huì)利用DEM和DOM技術(shù)為主，將航測(cè)技術(shù)應(yīng)用到新農(nóng)村建設(shè)中，首先經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的采集、定向建模，接邊鑲嵌等技術(shù)可以生產(chǎn)DEM，會(huì)更加趨近于正射投影。

4 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的未來(lái)應(yīng)用

對(duì)于無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用十分廣泛，在下達(dá)航測(cè)任務(wù)之后，相關(guān)的作業(yè)人員需要在任務(wù)分析、任務(wù)規(guī)劃和飛行準(zhǔn)備方面進(jìn)行充分考慮，需要綜合考慮區(qū)域內(nèi)的氣象、安全和測(cè)區(qū)地形等的各種條件，需要設(shè)計(jì)出最優(yōu)飛行路線，能夠保證飛行工作的有效完成，也就會(huì)相應(yīng)的縮短任務(wù)時(shí)間，獲得高效的相片。在無(wú)人機(jī)航系統(tǒng)中，航線規(guī)劃不會(huì)考慮到地形的起伏，也會(huì)導(dǎo)致飛行數(shù)據(jù)比例尺差異較大，因此，就需要將數(shù)字高程模型DEM應(yīng)用到航線的規(guī)劃中，在確定好測(cè)區(qū)范圍之后，可以根據(jù)需要的影像分辨率計(jì)算出無(wú)人攝像機(jī)需要飛行的相對(duì)高度，就會(huì)利用到

式中，p——像素的大小，f——焦距，H——最大的相對(duì)高度。

其中為了保證無(wú)人機(jī)航攝影像的質(zhì)量，需要將航向的重疊度控制在70%～85%之間，要能夠始終保證像素分辨率的清晰，無(wú)人機(jī)應(yīng)用過(guò)程中的飛行高度低，在同一個(gè)側(cè)區(qū)內(nèi)，如果存在地勢(shì)高差相對(duì)比較大，地面分辨率的差異就會(huì)很大，影像的地面分辨率也不會(huì)達(dá)到一定的要求。航拍最主要的是能夠獲得高質(zhì)量的航攝影片，而且航攝的影片需要覆蓋建設(shè)區(qū)的所有范圍，無(wú)人機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)將飛行的高度、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等飛行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用地面監(jiān)控站監(jiān)測(cè)到飛行過(guò)程中存在的異常狀況，要注重設(shè)計(jì)的航向要符合相應(yīng)的要求。

無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行航拍的過(guò)程中，會(huì)涉及到使用的相機(jī)，一般是普通的單反相機(jī)，在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)中獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)影像進(jìn)行分析，做好對(duì)影像不合適的部分進(jìn)行改正，在后期的工作中，還需要應(yīng)用到空三角軟件，在完成檢測(cè)工作之后，做好后續(xù)像控?cái)?shù)據(jù)的處理。無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)作業(yè)靈活，而且成本相對(duì)比較低，能夠在比較小的范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，通過(guò)相關(guān)實(shí)踐證明，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用也是獲得很大的實(shí)踐效果。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前新農(nóng)村建設(shè)中，無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，能夠有效滿足新農(nóng)村建設(shè)中地理空間信息系統(tǒng)的應(yīng)用，也會(huì)相應(yīng)降低成本，提高工作效率，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)人機(jī)攝像技術(shù)應(yīng)用到的軟件也是相對(duì)比較多，對(duì)于航拍的質(zhì)量也是要求比較高，利用高質(zhì)量無(wú)人機(jī)攝像可以完成更好的作業(yè)。

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