無人機低空攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的應用

趙懷利 隗偉

（山東省國土測繪院，山東 濟南 250100）

引言

無人機的應用不再僅限于航拍和運輸?shù)燃夹g性一般的工作，在低空攝影測量等技術要求較高的行業(yè)凸顯了重要作用。無人機利用現(xiàn)代遙感技術來進行低空攝影測量的手段開始得到普遍的運用，人機低空攝影測量技術已經(jīng)在業(yè)界得到認可，使測繪行業(yè)的現(xiàn)代化及智能化技術取得了進步。

一、無人機低空攝影測量系統(tǒng)的組成

（一）無人機飛行器

本次主要對中海達的iFly-D1四旋翼無人飛行器進行研究。該無人機起降方式為免遙控器自主起降，實用升限≥5000m，作業(yè)時間70min，最大飛行速度為15m/s；控制半徑：≤15000m（一般電磁環(huán)境）；相機焦距為6.2mm，像幅大小為7.5mm×5.7mm，像素大小為0.00208mm。中海達的iFly-D1四旋翼無人飛行器設計中比較獨特的一點是使用了輕量化機身設計理念，其載重為2kg；10m2以上平整區(qū)域且通視半徑100m以上，對于起降場地的要求比較寬松，簡單；在該系統(tǒng)中將先進的測繪技術與傳統(tǒng)的攝影技術結合起來，能夠相對比較快速、安全、可靠地到達一些人工不能到達的區(qū)域進行測量，在一些小區(qū)域的航測中具有極高的性價比。

（二）無人機影像處理軟件

本次研究中所采用的無人機影像處理軟件為現(xiàn)代航測全自動空三無人機影像處理軟件Cloud-ATVer.1.0。該軟件是數(shù)字化、智能化水平的攝影測量系統(tǒng)，對當前使用的航攝相機、數(shù)碼相機、組合寬角相機等多種影像都可以進行處理，因此可以在普通飛機航攝、低空輕型機航攝、無人機航攝、無人飛艇航攝所獲取的豎直攝影像等影像數(shù)據(jù)處理的時候應用該軟件。

（三）數(shù)字測圖系統(tǒng)

本次無人機低空攝影測量中使用了SSK數(shù)據(jù)采集軟件。通過應用該數(shù)字測圖系統(tǒng)，與以往使用的手輪腳盤方式的測圖方式相比，其效率得到顯著提升，還能有效減少工作人員的工作量，提升地圖測繪的準確性。因為在數(shù)字測圖系統(tǒng)中還包含了地類數(shù)據(jù)庫，因此就可以根據(jù)需求進行選擇，還可以在該系統(tǒng)中輸出CAD圖形，且操作比較簡單，因此實用性較強。

二、無人機低空攝影測量在大比例尺地形圖中的具體應用

（一）地面控制裝置與系統(tǒng)

無人機低空攝影測量體系分為空中的攝影采集裝置和地面的控制基站等部分。在地面的控制系統(tǒng)搭建時，至少要包含數(shù)傳電臺、地面控制端的軟件及配套計算機硬件等基礎裝備。從實際應用的角度來看，地面控制系統(tǒng)可在飛行過程中給予無人機飛行的指令，并實時回傳定位數(shù)據(jù)。通過地面控制軟件的實時顯示和監(jiān)控功能，還能夠獲得無人機的飛行數(shù)據(jù)及所處位置的地理坐標。借助計算機地面控制軟件還可及時統(tǒng)計出無人機飛行的實時參數(shù)，并根據(jù)測繪需求和流程對無人機的飛行路徑進行調(diào)整和指揮。這一套完整的操作體系也為無人機的自動駕駛創(chuàng)造了安全穩(wěn)定的應用方式。技術人員可通過預先植入的模擬飛行軌跡，有效保證無人機航行期間自動執(zhí)飛的平穩(wěn)與安全。

（二）布測控制點

在大比例尺地形地形圖繪測中，對無人機布測控制點是一項重要的工作內(nèi)容。無人機雖然較有人飛機具有一定的優(yōu)勢，但是由于高度、氣流及信號等因素，它同時也具有不穩(wěn)定的劣勢，尤其是用于記錄的POS信號系統(tǒng)，在一定程度上局限了無人機在大比例尺地形圖中的繪測工作。對此，有必要對無人機進行布測控制點，在布測控制點時要結合實際的路況和繪測對象的難易程度，合理安排控制點的數(shù)量和地點，確保GPS網(wǎng)絡的正常運行，保障RTK測量工作的同時還要注意控制點與點之間的精密度，確保小于2cm，保證所得數(shù)據(jù)的精確程度。

（三）像片控制點實地測量

無人機低空攝影測量與航拍測量相比，有平臺誤差相機移位誤差、位置誤差等重大誤差，為了判斷三維測量圖的準確性，將數(shù)字地形圖的草圖導入測量區(qū)互補的現(xiàn)場布局檢查點、現(xiàn)場調(diào)整圖和電氣管線。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)準確計算內(nèi)部和外部行業(yè)差異，并使用現(xiàn)場檢查測量的數(shù)據(jù)來確定準確度。

（四）進行外業(yè)調(diào)繪和相關檢查測量

通過現(xiàn)場檢查，比較了甘肅發(fā)電站項目的測量，得出了相關結論。某些電站項目的測量平面精度比高能量達到規(guī)范的標準，但高產(chǎn)數(shù)據(jù)并不理想。其誤差為m = 0.41m，項目的大規(guī)模地形也達不到測量標準，需要修正和后處理。

（五）補攝與重攝要求

補充和重拍要求如下：①如果航空拍攝過程中泄漏或圖像不符合質(zhì)量要求，應及時補充照片。②數(shù)碼圖像出現(xiàn)大面積反射或部分缺陷(如云、云等)時，需要補充照片。③漏洞補充應該按照原始設計軌道進行，補充路徑的兩端一般應該超過漏洞區(qū)域外的兩條基線。

（六）像控測量質(zhì)量控制

首先，就像把手刺和裝飾的質(zhì)量檢查。確認照片中的位置條件(如手柄)、可見點和裝飾符合技術要求。檢查可見點草圖是否與影像地形相符，以指示注解是否完整且清晰。第二，現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢查。檢查現(xiàn)場觀測手冊是否齊全，觀測數(shù)據(jù)內(nèi)容是否完整。三是檢查網(wǎng)絡RTK參數(shù)和后續(xù)處理數(shù)據(jù)。檢查觀測參數(shù)和觀測數(shù)據(jù)是否刪除了總誤差和不可靠的數(shù)據(jù)，并驗證觀測參數(shù)是否正確。檢查觀測數(shù)據(jù)的準確性、粗略和不可靠的數(shù)據(jù)排除、是否檢測到已知的點以及不良是否滿足極限要求。第四，內(nèi)部結果檢查。確保包含平面坐標系、中央子午線、高程系統(tǒng)、點編號、片段編號、坐標和高程、工作方法、精度等信息的整個測量區(qū)域與句柄放置合并圖相同。

結束語

總之，將無人機低空攝影技術合理導入測繪工作中，能夠降低測繪工作的難度，并且在如今科技不斷進步的背景下，只有將無人機應用范圍擴大開來，將其真正的作用發(fā)揮出來，才可以滿足測繪工作的需求，有效實現(xiàn)經(jīng)濟性和高效化的目標，促進測繪工作的穩(wěn)定順利發(fā)展。