無人機航空攝影測量在油氣管道工程中的應用研究

房克明

摘 要：本文通過油氣輸送管道工程航測過程分析，探討航測技術在油氣田工程及長輸管道工程中的應用。

關鍵詞：航空攝影測量;優化;像控點;DOM;DEM;DLG;內業

一、引言

該項目位于陜西省延安市，管道路由有限長度約為300公里，呈樹枝狀分布，南北跨度50公里，東西跨度30公里，地形以山地為主，起伏較大。如果按照常規方法測量，需要投入4組約16至20人，外業測量約100日天，效率較低。為了降低成本，提高效率，縮短測量周期，減輕外業勞動強度，本次作業擬采用無人機航空攝影測量技術。

二、工作流程

接受項目任務后，根據確定的管道路由在Google地圖上查看該區域的地形地貌情況。根據確定的路由中線，開展航空攝影測量，外業進行控制測量，像控點布設，外業航飛，內業進行空三加密、DEM、DOM、DLG等生產工作。因為生產的DLG帶寬為0.12km，為減少資源浪費，待生產出DOM后，可將其提供給設計人員進行路由優化，再進行生產DLG。

三、主要工作

（一）像控點布設

（1）像控點的目標影像應清晰易判讀。

（2）像控點標志物尺寸應大于70cm，切明確指出，具體點位是標志物的哪一部分。

（3）像控點盡量選擇平坦地區，避免樹下，屋角等容易被遮擋的地方。

（4）像控點應選擇能夠持久存在的東西，如噴漆（噴繪寬度不得低于30cm），膠布等。

（5）像控點標志物應與地表顏色形成鮮明對比（如，深色地標貼白色膠帶，白色地面貼紅色膠帶）

（6）若工作人員選擇地物特征點作為像控點，應選擇較大地物，且提供現場照片2-4張，輔助內業人員尋找像控點

（7）現場照片內應同時包含像控點及周圍地物特征，并在照片內清晰指出像控點所在位置及編號（默認照片中對中桿所在位置即為像控點位置）

（二）空三加密

航測成圖的質量控制主要在內業空三加密階段，空三加密的精度影響整個成圖精度。空三加密是在立體攝影測量中，根據少量的野外控制點，在室內進行控制點加密，求得加密點的高程和平面位置的測量方法，其主要目的是減少野外像控點的布設[1]。 目前無人機的影響因素主要有兩個方面：

（1）無人機比較輕巧，受外界環境干擾比較大，導致無人機的飛行姿態較差，得到的外方位元素精度較低。

（2）無人機主要攜帶的是微單相機，相機的畸變參數比較大，影響拍攝影像的質量。

這兩個因素是空三加密精度影響的主要因素，使用單一的空三加密處理軟件，很難是空三加密的精度保證在誤差范圍內。所以要使用多個空三軟件結合處理的方式進行，才能滿足空三的精度要求。 經過短期的培訓學習，目前宜采用的空三加密流程是：

<1>pix4d初步進行空三加密，得到相機的畸變參數和高精度的外方位元素。

<2>PixelGrid軟件對原始影像進行去畸變處理。

<3>用得到的高精度外方位元素和去除畸變后的影像，在inpho 中進行最后的空三加密

（三）立體測圖

依據空三加密數據成果，導入到全數字攝影測量工作站航天遠景中，進行內定向、相對定向、絕對定向、實時核線采樣，建立立體模型。

立體模型所采集的精度主要體現在模型點的采集、模型點位置判讀、模型地物要素判讀、模型高程點的采集。其采集精度受約與人工作業，對立體模型采集人員的技術能力要求比較高，要使立體采集的平面高程精度滿足測圖要求，必須對立體采集人員進行培訓[2]。

由于初期立體采集熟練度不夠，且立體采集對建筑物多的地方，成圖速度較慢，不如直接在正射影像上直接進行描繪。所以現階段預計的工作模式是用正射影像圖描繪建筑物、道路等對高程精度要求低的地物;用航天遠景軟件立體采集高程點、描繪等高線;這樣才能在保證精度的前提下，提高工作效率。

立體測圖的熟練以后，采集的高程精度能達到20-30公分，最高能滿足1：1000的測圖要求。預計每人每天工作量在0.5平方公里以上，對比傳統的全野外數字測圖，大大的提高了成圖速度。

（四）DEM、DOM、DLG、DSM等產品制作

依據成圖比例尺以及工程作業要求選擇格網間距，力求在滿足規范要求的前提下不增加DEM的量測工作量，并對生成的 DEM 進行檢查編輯。DOM 生成時要注意影像的拼接、勻光及勻色處 理，選擇清晰、舒適的顏色。為了減少后期DLG生產的工作量，生成DOM后可提交設計人員對管道進行路由優化工作。根據DEM和DOM生成三維立體模型，后綴格式為“.osgb”，在航天遠景軟件進行DLG的生產。DLG相對前兩者工作量較大，對線性工 程的重要性也較高。工作人員利用全數字攝影測量 系統在立體模型下采集矢量數據并進行編輯，使編輯后的成果滿足國家統一規范的要求。

（五）成圖編輯整飾

此項工作利用立體采集的三維數據及外業調繪的資料，對地形圖進行編輯整飾工作：包括對各個要素相對關系的處理，對外業調繪數據進行編輯處理，對各種屬性的參加，數據分層，數據接邊，地形圖分幅等工作的處理。

在整個地形圖編輯過程中，地物編輯是相當重要的一個環節。要處理好各地物間要素的點、面、線關系：面狀要素要封閉（如房屋、池塘），線狀要素要連續（如道路、河流），面狀要素不要相交，端點要嚴格相交到同一點，不能懸掛。等高線應能真實表示地貌特征，等高線走向分明，表示合理，線條圓滑，不能有斷點;要處理好等高線與房屋、道路、陡坎、河流等關系，要標示等高線高程注記，做到線劃流暢，圖上美觀。在編輯過程中，各項注記保證正確，注意各種注記的擺放位置，盡量不要壓蓋地物及地形。編輯完成后的地形圖經過嚴格檢查，確定無誤后，就可以對地形圖進行成果提交。

四、總結

無人機航測在小區域和飛行困難地區高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優勢，隨著無人機與數碼相機技術的發展，基于無人機平臺的數字航攝技術已經成為管道工程的最佳測繪手段。采用航測為主、地面測量為輔進行管道工程測繪，是成為當前測繪行業必備的技術。

參考文獻

[1]買小爭，楊波，馮曉敏.無人機航攝像控點布設方法探討[J].測繪通報，2012，增刊：268-271.

[2]吳濤.低空無人機航空攝影測量技術在土地整治項目規劃設計階段的運用[J].安徽農業科學，2015（2）：295-296，300.