基于無人機(jī)航測的地理信息數(shù)據(jù)快速更新研究

蘭 欣，婁繼仁

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊(duì)，江西 上饒 334000）

地形測繪無論是在土地規(guī)劃還是在工程建設(shè)方面均發(fā)揮著非常重要的作用，如今隨著人們對工程建設(shè)要求越來越高，傳統(tǒng)測繪手段已經(jīng)難以滿足實(shí)際地形測繪要求，而無人機(jī)的出現(xiàn)則有效解決了這一問題，這種航測技術(shù)測繪精度更高，測繪范圍更廣，在當(dāng)下測繪領(lǐng)域中得到了良好的應(yīng)用，同時(shí)也使得區(qū)域大比例尺地形數(shù)據(jù)快速更新成為了可能。

1 無人機(jī)航測特點(diǎn)分析

1.1 測量精度更高

事實(shí)上，采用無人機(jī)進(jìn)行測量由來已久，尤其是在軍用領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，近些年隨著國家對我國低空域限制逐漸放寬，再加上民用無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，使得無人機(jī)在民用測量領(lǐng)域中大放異彩，迅速成為一種重要的測量方式之一。當(dāng)下采取無人機(jī)開展測量作業(yè)時(shí)，主要是對地貌地形進(jìn)行捕捉，屬于一種近景測量方式，并且近些年無人機(jī)的測量精度也在不斷攀升，最高已經(jīng)達(dá)到亞米級(jí)別，無人機(jī)航測的作用價(jià)值也因此越來越大。

1.2 測量范圍更廣

相較于其他測量方式，無人機(jī)航測最為鮮明的特點(diǎn)便是能夠打破客觀地物的限制，直接從空中視角進(jìn)行航測。一般在無人機(jī)之上，都搭載有高精度成像設(shè)備，因此獲取的地面影像更加清晰，并且在實(shí)際進(jìn)行航測時(shí)，由于空中自由度更高，航測的角度也更豐富，能夠?qū)Ρ粶y物體進(jìn)行全面測量分析。不僅如此，在無人機(jī)航測中還應(yīng)用了衛(wèi)星遙感技術(shù)，因此實(shí)際的航測范圍也更加廣泛。在獲得航測數(shù)據(jù)后，也能夠直接通過衛(wèi)星或地面信息站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，不再需要擔(dān)心地物遮擋問題，最終能夠獲的更好的測量效果。

1.3 測量方式更機(jī)動(dòng)靈活

傳統(tǒng)航空遙感在執(zhí)行測量任務(wù)時(shí)，采用的無人機(jī)體量比較大，通常是中型固定翼飛機(jī)，因此在實(shí)際開展航測工作時(shí)，更容易受到大風(fēng)、陰雨等不良天氣的影響，同時(shí)大型飛行工具受到的空域管制也比較嚴(yán)格，因此并不很難適應(yīng)一些小測區(qū)面積、成圖時(shí)間短、比例尺要求大的測繪項(xiàng)目。而當(dāng)下應(yīng)用的無人機(jī)通常體量比較小，且都是低空分析，不受空域限制，同時(shí)小型無人機(jī)的體型比較小，因此實(shí)際更加靈活，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，受天氣影響較小，能夠接受全天飛行任務(wù)，因此在當(dāng)下測繪項(xiàng)目領(lǐng)域中已經(jīng)得到了有效的應(yīng)用[1]。

2 影響無人機(jī)測量精度的因素分析

2.1 POS 數(shù)據(jù)精度

無人機(jī)在完成航測后，做好航測數(shù)據(jù)的提取非常重要。而當(dāng)下的pos 航點(diǎn)數(shù)據(jù)提取仍比較復(fù)雜，因此對于數(shù)據(jù)提取精度的要求也比較高。然而拋開數(shù)據(jù)提取復(fù)雜難度不談，僅從數(shù)據(jù)自身精度來看，由于無人機(jī)體型比較小，雖然實(shí)際飛行比較靈活，但在飛行過程中容易受到一些不穩(wěn)定氣流影響，導(dǎo)致航怕不穩(wěn)定，影響了最終的航測效果，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度不佳，對無人機(jī)航測質(zhì)量帶來了不利影響。

2.2 投影因素

小型無人機(jī)在實(shí)際進(jìn)行航拍時(shí)，一般飛行高度均比較低，如果地面有著很大的起伏，那么將會(huì)對最終投影帶來不利影響，導(dǎo)致無人機(jī)航測精度不佳。具體而言，投影因素帶來的影響主要體現(xiàn)在像點(diǎn)位移方面，在進(jìn)行開展無人機(jī)航測時(shí)。經(jīng)常會(huì)采用正射糾正方式，完成投影問題的矯正，從而將無人機(jī)相片傾角因素帶來的影響降至最低。其中在進(jìn)行像點(diǎn)位移誤差hδ 計(jì)算時(shí)，可以采用以下公式：

2.3 像控點(diǎn)與空三解算誤差

當(dāng)下在一些無人機(jī)測量過程中，由于采用的是低空飛行，并且受無人機(jī)本身配置成本影響，多是配置的普通數(shù)碼攝影相機(jī)，而不是專用航測相機(jī)，二者本身在性能上存在諸多的差異，因此會(huì)對航測帶來幾何精度方面的變形影響，這種影響主要體現(xiàn)在徑向與切向的畸變差；，不僅如此，無人機(jī)相機(jī)內(nèi)部影像數(shù)字化陣列模數(shù)在實(shí)際轉(zhuǎn)換時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)一定誤差，最終會(huì)對無人機(jī)航測的精度帶來不利的影響[2]。

3 無人機(jī)航測的地理信息數(shù)據(jù)快速更新應(yīng)用分析

為滿足區(qū)域總體規(guī)劃的需要，現(xiàn)有一測量項(xiàng)目，需要對原本的測圖重新進(jìn)行更新測繪，該測區(qū)有著非常良好的凈空，且測域內(nèi)地勢起伏高差也相對較小，為在短時(shí)間內(nèi)完成測繪工作，需要采用無人機(jī)進(jìn)行航測，從而實(shí)現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)的快速采集與更新，更好的滿足工程需要。

3.1 現(xiàn)存資料情況

在本次無人機(jī)航測項(xiàng)目中，現(xiàn)有原地形圖，比例為1∶2000，通過將該地形圖作為參考，完成測區(qū)合理劃分，本次項(xiàng)目將測區(qū)劃分為3 個(gè)子測區(qū)，并在該區(qū)域內(nèi)布設(shè)了18 個(gè)平高控制點(diǎn)，5 個(gè)檢查點(diǎn)。然后在結(jié)合現(xiàn)有的地形條件，進(jìn)一步明確了交通路線。在進(jìn)行外業(yè)測繪像控點(diǎn)測繪起算時(shí)，選擇了原高等級(jí)控制點(diǎn)。

3.2 采集像控點(diǎn)

在設(shè)置GCP 像控點(diǎn)時(shí)，采用了噴漆方式，在像控點(diǎn)中心噴涂一個(gè)“十”字，做好標(biāo)記。同時(shí)本次航測項(xiàng)目采用了南方靈銳GNSS 接收機(jī)，該接收機(jī)型號(hào)為S82T，完成坐標(biāo)值測定工作，通過借助該數(shù)據(jù)，完成內(nèi)業(yè)航攝影像的糾正。在實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要借助解布爾沙七參數(shù)模型，并直接接入CORS 連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)差分定位服務(wù)系統(tǒng)中，完成高精度數(shù)據(jù)信息的采集工作。

3.3 拍攝航空影像

在拍攝航空影像前，需要選擇晴朗無風(fēng)或者風(fēng)比較小的天氣，在正式航拍前，還需要進(jìn)行試飛，確保無人機(jī)不存在故障問題。在此基礎(chǔ)上，還需要在航線規(guī)劃軟件的幫助下，將測區(qū)規(guī)劃航線與重疊度等信息導(dǎo)入無人機(jī)控制終端。然后啟動(dòng)無人機(jī)，先控制無人機(jī)飛到預(yù)定高度與航攝起拍點(diǎn)，然后沿著已經(jīng)設(shè)定好的航線進(jìn)行飛行拍攝，在這一過程中，POS 終端會(huì)對無人機(jī)拍攝下的數(shù)據(jù)加以記錄存儲(chǔ)。為確保航測數(shù)據(jù)精度，在最初進(jìn)行航線設(shè)定時(shí)，就要結(jié)合實(shí)際地形起伏，做好航向與旁向重疊度的設(shè)置，一般情況下，如果無人機(jī)的體型比較大，難么航向重疊度的設(shè)置應(yīng)在53%以上，但由于本次項(xiàng)目采用的無人機(jī)體型較小，且屬于低空測量，因此設(shè)置的重疊度應(yīng)更高一些，通常在65%左右，從而能夠有效提高航測質(zhì)量水平，避免關(guān)鍵信息遺漏。除此之外，在實(shí)際航測過程中，還需要考慮到空氣氣流帶來的影響，為避免航測精度降低，還需要加強(qiáng)對無人機(jī)制旋角與航線彎曲度的控制，一般二者需要分別控制在15°與3%以內(nèi)[3]。

3.4 獲取正射影像

在獲取正射影像時(shí)，需要先輸入相關(guān)參數(shù)信息，比如相機(jī)參數(shù)、工程與控制點(diǎn)參數(shù)等，然后后結(jié)合這些參數(shù)信息，做好自動(dòng)空三解算，借助人機(jī)交互方式，完成控制網(wǎng)、自由網(wǎng)交互平差，才能獲得空三解算結(jié)果。最后，還需要結(jié)合外部像控點(diǎn)以及無人機(jī)POS 中的數(shù)據(jù)信息，在進(jìn)行影像預(yù)處理與空三加密處理后，就可以獲得測區(qū)正射影像DOM，任何借助相關(guān)模型軟件，即可自動(dòng)生產(chǎn)高程模型DEM。而在制作大比例尺地形圖時(shí)，則需要在一些地理信息繪圖軟件的幫助下，將上述獲得的正射影響DOM 與原規(guī)劃圖進(jìn)行疊加，從而能能夠了解物變化區(qū)域范圍，在完成相應(yīng)信息匯總后，通過進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪巡查完成相關(guān)屬性信息的修正。

4 總結(jié)

綜上所述，相較于傳統(tǒng)的測量方式，無人機(jī)航測有著諸多優(yōu)勢，為更好的發(fā)揮這些優(yōu)勢，需要加強(qiáng)對無人機(jī)開展低空航攝數(shù)字成圖的研究，通過做好正射影像獲取工作，從而為地形基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的更新提供良好的便利，從根本上提高現(xiàn)代測繪工作開展效率與質(zhì)量水平。