多旋翼無人機在大比例條帶狀工程航測中的應(yīng)用

□浙江省第一測繪院 田毅清

近年來，隨著無人機技術(shù)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，無人機測繪的應(yīng)用越來越廣泛。與傳統(tǒng)測繪相比較，無人機測繪具有結(jié)構(gòu)簡單、操縱靈活、使用成本低、反應(yīng)快速的特點，可以高效率地獲取到高分辨率、大比例尺和高現(xiàn)勢性的影像。目前，測繪行業(yè)使用的多旋翼無人機可以在空中旋停，作業(yè)靈活，對于面積較小、比例尺較大、測繪面積比較特殊（如條帶狀）、需要人員較少的作業(yè)項目來說，能有效地利用其成本低、精度高的優(yōu)勢。本文以臺州市交通建設(shè)項目展示平臺為例，闡述多旋翼無人機在本項目中從獲取影像到內(nèi)業(yè)解算、輸出1 ∶500DOM 的實施過程。

一、項目概況與無人機平臺

（一）項目概況

臺州交通項目管理平臺所含的市交通建設(shè)項目展示平臺是根據(jù)交通管理工作需求，通過影像、全景、多媒體多種手段全方位展示項目的實施進度。項目要求每三個月對臺州市境內(nèi)主要交通干道工地進行影像采集以確定施工進度。

（二）無人機平臺

本次作業(yè)采用的無人機平臺為大疆精靈4 Pro RTK 四旋翼無人機。起飛重量1391 克，飛行速度小于10米/秒，相機等效焦距24 毫米，照片分辨率5472×3648 像素，重疊度大于60%，相對航高365 米，地面分辨率10 厘米，支持北斗衛(wèi)星定位形同高精度RTK 定位。

（三）技術(shù)路線

二、無人機航測作業(yè)流程

（一）航線規(guī)劃

▲ArcGIS航線規(guī)劃

在外業(yè)作業(yè)開始前，首先需要對整個項目的多條航線在ArcGIS 中進行預(yù)規(guī)劃。由于本次作業(yè)測區(qū)為條帶狀，而小型多旋翼無人機由于單次作業(yè)面積有限，所以采用分段航線規(guī)劃和分段航攝作業(yè)。單架次飛行大約1.5 千米長，以道路中心為中心兩邊各100 米寬。航線規(guī)劃完成后，將航線導(dǎo)入無人機的航線規(guī)劃系統(tǒng)中。

（二）實地勘察和布設(shè)像控點

航測作業(yè)前，外業(yè)作業(yè)人員需要對施工作業(yè)區(qū)域進行實地勘察，查看飛行區(qū)域內(nèi)有無對飛行產(chǎn)生影響的地物或地貌，為航線規(guī)劃提供依據(jù)。由于筆者所在單位建設(shè)有浙江省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準系統(tǒng)，可提供實時厘米級的高精度定位服務(wù)，并據(jù)此配置無人機的RTK 參數(shù)。

▲控制點布設(shè)

由于施工區(qū)域存在海洋灘涂、高山等干擾地物，為了提高成圖精度，需要在測區(qū)內(nèi)布設(shè)地面控制點。本次作業(yè)像控點布設(shè)在施工道路兩側(cè)，約每2000 米一對，航線首末端上下兩控制點布設(shè)在通過像主點且垂直于方位線的直線上，上下一對點確定布設(shè)在同一立體像對內(nèi)。控制點采用CGCS2000 坐標系統(tǒng)，中央經(jīng)線120°E，高程采用1985 國家高程基準，平面及高程精度為2 厘米。

（三）航攝作業(yè)

布設(shè)完控制點后，設(shè)置無人機飛行高度365 米，精度10 厘米，航向重疊度70%，旁向重疊度60%等作業(yè)參數(shù)，進行飛行拍攝。飛行過程中需實時監(jiān)測無人機的高度、速度、電量、飛行拍攝軌跡、溫度、風(fēng)速等，操作人員要根據(jù)各種實時狀況做出相應(yīng)的操控，保證無人機的正常作業(yè)。若遇到電力不足的情況需先行返航，更換電池后繼續(xù)作業(yè)。

（四）航攝質(zhì)量檢查

航攝作業(yè)完成后，外業(yè)人員要在現(xiàn)場對作業(yè)數(shù)據(jù)進行檢查。檢查所拍照片數(shù)量與飛行軌跡是否與規(guī)劃航線一致；檢查有無拍攝效果不好的照片，有無遮擋像控點的照片。如果存在質(zhì)量問題，要進行重飛或補飛。

三、內(nèi)業(yè)作業(yè)流程

（一）空中三角測量

本項目采用Pix4Dmaper 軟件進行空三加密。在軟件上導(dǎo)入像機參數(shù)和控制點成果，通過自動匹配相關(guān)影像產(chǎn)生自動匹配點。為保障平地區(qū)域的高程注記點精度，加密時應(yīng)利用一些位置較好的外業(yè)路面的實測點高程加入計算及檢查。在像片上量測外業(yè)控制點后，光束法平差，并輸出加密成果。

（二）DOM制作

內(nèi)業(yè)作業(yè)員利用空三成果數(shù)據(jù)生成DEM，然后將影像數(shù)據(jù)、加密成果導(dǎo)入，由軟件自動完成像對定向。再利用軟件的正射影像制作功能，以像片為單位，按照每個像對的范圍，以像主點為中心，片片糾正，生成單片正射影像。再進行勻光、拼接、圖幅裁切和正射影像輸出，最后生成影像文件*.tif 和影像定位信息文件*.tfw。

（三）正射影像修飾

影像輸出后，應(yīng)對影像進行適當調(diào)整，使影像清晰，色彩柔和，反差適中，幅與幅之間無明顯色差。影像陰影過長，密度過大，并已掩蓋相鄰景物的區(qū)域，應(yīng)進行陰影和密度處理。影像反差過大，造成色彩不柔和，反差過小，影響景物判別，應(yīng)進行反差調(diào)整。

（四）DOM數(shù)據(jù)整理建庫

提交入庫的DOM 數(shù)據(jù)為TIFF格式數(shù)據(jù)，影像定位信息文件*.tfw。開始入庫前，必須核定該數(shù)據(jù)所在投影帶、覆蓋區(qū)域坐標范圍、分辨率、格式等是否正確，精度是否符合項目設(shè)計書規(guī)定。入庫應(yīng)創(chuàng)建*.GDB格式數(shù)據(jù)庫文件，然后在其中按照不同的時間、分辨率創(chuàng)建柵格鑲嵌數(shù)據(jù)集（Mosaic Dataset）。將DOM分幅數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入到對應(yīng)的柵格鑲嵌數(shù)據(jù)集中。

四、結(jié)語

無人機測量平臺在專業(yè)測繪領(lǐng)域發(fā)展迅速，結(jié)合了RTK 技術(shù)的多旋翼無人機在大比例尺條帶狀航測環(huán)境下，具備精度高、使用靈活、需要操作人員少等特點。隨著無人機和北斗導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展，多旋翼無人機航測的精度會有更大提升，也將得到更廣泛的應(yīng)用。