無人機在環巢湖生態保護工程中的應用

杜小芬 （安徽省水利水電勘測設計院勘測分院，安徽 蚌埠 233000）

1 測區條件及飛行準備

環巢湖地區生態保護四期工程位于安徽省合肥市高新區肥西縣境內。地貌特征為江淮分水嶺丘陵地帶，屬溫帶季風氣候,年均氣溫16.1℃,最高氣溫37℃,最低氣溫零下4～7℃。本次飛行時間為7月份，氣溫較高，空氣對流嚴重，測區東部屬于高新區城區附近，高樓林立，電磁干擾嚴重，大蜀山在測區范圍東北角，野外飛行條件不佳，總體困難類別屬于Ⅲ等。

1.1 飛行策劃

我院已經準備無人機“天狼星”型飛機及專用數碼相機。本次項目由于涉及到城區高大建筑物，由兩架無人機同時飛行，其中，環巢湖派河流域部分區域由拓普康天狼星專業版SIRIUS PR0（1）航拍，編號為D0:FF:50:CC:2D:80 136，每架次航帶根據飛行區域面積自動設計，帶寬100m，地面采樣距離(GSD)8cm，飛行高度311m，航向重疊75%～85%，旁向重疊度應大于60%。本項目其余部分由第二架拓普康天狼星專業版SIRIUS PRO（2）航拍，編號為6C∶EC∶EB∶B5∶92∶2D∶285，每架次航帶根據飛行區域面積自動設計，帶寬200m，地面采樣距離(GSD)8cm，飛行高度622m，航向重疊75%～85%，旁向重疊度應大于60%。

2 飛行計劃執行

①外業飛行攝影時應使用機身RTK實時定位曝光點坐標，機身RTK測量數據后處理應采用本工程基本平面高程控制測量輸出的坐標轉換參數進行各曝光點坐標解算。

②依據測區地形起伏的變化情況，為得到高精度、高質量的影像,本次無人機飛行航線設計中,適應地形變化模塊。在Mavinci Desktop飛行控制軟件中設置要求的行分辨率后，飛機隨地形起伏變化而自動改變飛行高度。根據地形起伏情況確定飛行高度保障飛機拍攝影像過程中照片重疊度，既可避免在遇到地形凸起時照片重疊度過小，滿足不了影像重疊的規范要求，又可避免在地形低洼處照片重疊度過大，造成飛行浪費的情況。航攝過程中，飛機的俯仰、側滾姿態和旋偏角應在座架可調整角度的規定范圍內；外業飛行結束后，應填寫航攝飛行記錄表，并對獲取的影像數據質量進行檢查。主要檢查的內容為:航攝范圍是否滿足要求，航攝數據的完整性，影像的清晰度、重疊度，色彩的飽和度及影像上有無大面積云影、煙影的遮蓋及反光和污點等缺陷。

準備就緒后，機組人員應在選好的起降場地等待合適的航攝天氣，同時對航攝硬件進行檢查維護，確保設備狀態最佳。等到能見度好，晴朗天氣時，即可執行飛行計劃，爭取在相似的氣候條件下執行航飛任務。

3 飛行過程中的質量控制與保障

3.1 像片傾斜角

像片的傾斜角及傾俯角應按規范要求在4.5°內,最大應不超過12°。超過8°的航片不超過總航片數的10%。像片旋偏角一般不大于15°，在保證像片航向和旁向重疊度滿足要求的情況下，個別相片的最大旋偏角不超過30°，同一條航線上旋偏角超過20°的,像片個數不應超過3片，超過15°旋偏角的像片個數不得超過分區像片總數的10%。像片傾斜角和像片旋偏角不能同時達到最大值。

3.2 航線彎曲度和航高保持

設計有足夠長度的預備線，來保證飛機進入航線后有充足的時間以平穩的姿態飛行。同時能保證GPS導航系統能直接觀察到航跡偏差，可將漂移減至最小。飛行管理系統應對曝光觸發點的范圍進行設置，應保證航線彎曲度應不大于3%。

飛行的航高指示器是氣壓高度表。每次飛行前，飛行員都要了解氣象部門發布的相關的機場天氣情況，同時記錄當時的氣壓值。依據氣壓值和機場的標準高度值，確定出氣壓高度表在地面的基準值。飛機按照基準值飛到航空攝影要求的作業高度進行作業，同時參考GPS實時高程。同一航線上相鄰像片的航高差按規范規定應不大于20m；最大航高和最小航高之差不應大于30m。

4 攝影質量控制與保障

4.1 影像質量要求和控制

航飛結束飛機返場后，飛行員要采用飛行管理軟件，立即對獲取的攝站點GPS坐標數據進行技術處理。當天的飛行質量評價應及時進行，確保無漏飛的情況，檢查每張像片上有無云影煙霧遮蓋和大面積反光現象，有無不合格航線等情況。如有，及時進行處理，有遺漏及內業解決不了的問題，應及時組織補飛。

4.2 攝影處理

航攝的影像要求色彩均勻清晰，顏色飽和，無大面積云影遮蓋及反光，層次豐富，反差適中。航片影像數據應存儲于專門的介質內，由專人護送至數據處理中心做數據后期處理，數據處理中心在收到數據后應及時處理，并將航片數據質量檢驗報告及時反饋現場飛行人員，以方便飛行人員及時開展后續工作。

飛行完成后，即可用專業版MAVinci Desktop對高精度POS數據進行及時下載和航飛影像的自動匹配，導入PhotoScan Pro數據處理軟件進行處理，在不用控制點，無需人工干預的情況下，就可實現航測成果中DOM和DEM產品的自動生成。

檢查輸出的DOM、DEM等數據的質量，分內業和外業進行檢查；內業檢查的主要內容為：影像的清晰度，色彩的柔和度，影像拼接帶有無明顯的模糊、重影和錯位等；外業檢查的主要內容為對輸出的DOM、DEM等數據的精度檢查，檢查方法為：外業采集適量的平面和高程檢查點，并與通過對DOM、DEM分析的同名點數據進行比較,采集的平面點和高程點應為具有代表性的特征點,平面可采集房角以及道路上清晰可見的交通指示箭頭,高程點采集坡度平緩的地面點和無植被覆蓋的田地高程點。

影像數據處理后，應依據單位面積數據量進行合理的分幅，圖幅大小應以普通辦公電腦方便調閱使用為宜，并繪制DEM、DOM分幅圖和“無人機低空攝影過程檢查表”。

5 航飛漏洞處理

①按規范要求，航攝過程中出現的相對絕對漏洞均需及時進行補攝。

②對不影響內業加密選點和模型連接的相對漏洞及局部缺陷，可只在漏洞處補攝。

③補攝航線的長度，應按規范要求超出漏洞兩邊各兩條基線。

6 成果資料的檢查

在整個作業實施過程中，實行“兩級檢查制度”，保證飛行和影像質量滿足航攝規范的要求。兩級檢查是指：航攝部門在第一時間對航攝成果進行檢查；質量檢查部門在整個過程中進行監督，整個攝區航攝飛行完成后，及時安排人員對成果陸續進行檢查，確定沒有缺陷和需要補攝的內容后，對整個攝區的資料按照分院下達的任務書和《航攝成果注記包裝規范》的要求進行整理。外業飛行攝影地面分辨率為8cm，共飛行40個架次，飛行攝影面積83.8km2，外業飛行攝影航向重疊度設置為80%；旁向重疊度設置為65%；航攝數據完整性滿足要求，影像清晰，色彩柔和，無大面積云影、煙影、反光、污點等缺陷。

通過PhotoScan軟件對外業飛行數據進行處理，并輸出數字正射影像圖（DOM）、數字高程模型（DEM），經內業檢查生成DOM和DEM數據是否清晰，色彩是否柔和，影像拼接帶有無明顯的模糊、重影和錯位；經外業設站檢查，編號D0∶FF∶50∶CC∶2D∶80∶136獲取DOM和DEM數據平面精度為0.15m，高程精度為0.12m；為方便地形圖編輯調閱使用，輸出的與DOM和DEM數據分辨率為8cm，共分成19個圖幅文件，并繪制了DOM和DEM數據分幅表。

用南方Cass和QTModeler軟件平臺調閱DOM和DEM數據，編輯繪制地形圖，地形圖內業編輯繪制完成后，套合DOM打印紙圖并進行外業調繪。

7 結語

隨著未來科學技術的向前發展，無人機的電池和信號接受范圍得到突破，能夠實現較大范圍的航測時，必將能更好的為水利工程測繪服務，也將具有更加廣泛的應用空間。