無人機數字攝影測量技術在電網鋪設地形測繪中的應用

徐純明

摘要：近年來，經濟的發展，促進我國科技水平的提升。隨著科學技術的飛速發展，小型無人機在遠程遙控、續航時間、飛行品質上有了明顯的突破，成為了近幾年興起的新的航空遙感手段，并在遙感界被普遍認為具有良好的發展前景。本文就無人機數字攝影測量技術在電網鋪設地形測繪中的應用展開探討。

關鍵詞：無人機;數字攝影測量;電網鋪設;地形測繪

引言

能源為整個社會發展的核心，現階段我國能源消費主要是煤炭，因此導致生態環境逐漸惡化。隨著我國經濟的迅猛發展，人們對能源的需求越來越高，電網鋪設范圍愈加廣泛。但是電網鋪設缺乏新的地形資料，影響電網鋪設的規劃設計，需完成對其的勘測，獲取新的地形數據。地形數據的獲取通常可選用實地探測或常規航空測量的方式，然而上述方式所需時間長且測量精度低，無法達到工程設計要求。無人機數字攝影測量技術為現階段較為先進的測繪技術，能夠高效實現地形數據的采集，為電網鋪設規劃提供重要依據。

1無人機數字航測作業流程

無人機數字航測作業一般包括航測外業和航測內業，外業主要由地面聯測（影像控制測量）、航攝飛行規劃設計、航攝飛行等環節組成;內業主要由測量數據處理、導航數據處理、影像數據處理、空三加密、基于全數字攝影測量工作站（DPW）的測繪數據采集等環節組成，由于無人機航攝系統的航攝儀一般采用的是非量測性的普通數字相機，其相機參數未知，因此無人機作業中還應包含數字相機的高精度幾何檢校等內容。無人機低空數字攝影是通過無人機、飛行控制設備和影像獲取設備在地面控制遙測遙控設備的指令下獲取小面積、真彩色、高分辨率和現實性強的航空影像的過程。無人機低空數字攝影具有傳統航空攝影測量不可比擬的優勢：首先該系統技術門檻較低，使一些非專業航空攝影測量單位進行航攝成為可能;其次作業簡便快捷，可以在數小時以內完成風電場航空攝影;再次，無人機實施云下作業，拓寬了航攝條件;另外，由于無人機航攝項目測區小，航線較短，不必按照傳統航測考慮地球偏轉因素使航線按東西方向敷設，在生產中為了削弱風速的影響可以南北向敷設。

2無人機數字攝影測量技術在電網鋪設地形測繪中的應用

2.1無人機攝影測量的特點

無人機攝影測量系統有其自身的特點，主要表現在以下幾方面：（1）無需機場起降，一般有一段凈空條件稍好的平整公路或者草地即可;（2）能低空作業、云下攝影，獲取的影像分辨率在0.05～0.5m范圍之間，分辨率高;（3）整系統集成度高，裝載于運輸車中，也可進行鐵路和航空的托運，方便在全國范圍內執行任務;（4）整系統的維護、維修成本低，總體運行成本低;（5）無人機測繪遙感系統所攜帶的數碼相機幅面比傳統航攝相機的幅面小的多，因此單架次的航攝面積不能過大。（6）無人機測繪遙感系統地面監控站的監控范圍一般在20公里以內，因此，飛行平臺盡量不要超過20公里的飛行范圍。（7）目前飛行平臺的最大滯空時間為2小時，為了保證能安全回到起飛點，應預留20分鐘的滯空時間，實際的作業時間在1.5小時以內。

2.2數字影像畸變糾正

光學畸變為影像像點坐標的關鍵，會導致物點、像點與映射中心不處于同一直線，影像形狀出現改變，以及攝影精度降低等，需對其進行糾正。通常數字影像畸變糾正主要是完成兩個二維影像間的幾何交換，不僅如此，還應掌握原始數字影像和糾正數字影像間的關系。假設某點在原始無人機數字攝影影像中的坐標用q（x，y）進行描述，該點在糾正后影像的坐標用Q（X，Y）進行描述，二者之間有以下映射關系：

式（2）代表的是糾正后的像點Q（X，Y），按照像片內外元素和Q點的高程對其在原始圖像上的點q（x，y）進行逆求解，通過內插獲取Q的灰度值后，把灰度值賦予Q，利用反解法實現畸變糾正。獲取無人機數碼相機相關參數后，完成攝影測量任務。將數字影像應用于電網鋪設地形測繪中時，應通過相機校驗參數調整影像的畸變差。現階段，大量學者對畸變差調整模型進行研究，數碼相機畸變的總調整模型可描述成：

式中，x?，y?用于描述像點修正值;x，y用于描述像方坐標系下像點坐標;0x，0y用于描述像主點;

用于描述徑向距離;h₁、h₂用于描述徑向畸變系數;p₁、p₂用于描述切向畸變系數;α用于描述CCD非正方形比例系數;β用于描述CCD非正交性畸變系數。

2.2精度分析

基于DPGrid-LAT軟件平臺的無人機低空數字攝影測量技術進行風電測繪的精度影響因素主要有設備觀測誤差、人工量測誤差和氣象等外界因素影響產生的誤差;首先，由于無人機低空數字攝影系統在設計、制造和設備校驗過程中不能避免的存在傳感器量化過程帶來的系統誤差;其次因人感官鑒別能力、技術水平和工作態度的差異而導致在像控測量、空三和數據采集時產生的人為誤差;再次由于天氣狀況對無人機姿態和成像質量的影響產生的誤差。

2.3無人機航攝誤差分析

無人機對紊亂氣流的抵御能力相對較差，主要受到其負載與提及的影響。無人機航攝瞬間有很大的翻滾角、俯仰角與偏航角，因為控三測量平差時需構造有效的誤差方程，方程解的優劣對無人機數字攝影傾斜角有要求，盡管采用的數據處理方式對大傾角影像適應性很高，然而為空三收斂準確性帶來了很大的難度。無人機數字攝影測量質量直接影響空三準確性，現階段不能建立高準確性POS系統，得到的POS數據不能完成空三聯合平差，僅可將其看作初始值。

結語

將無人機數字攝影測量技術應用于電網鋪設地形測繪中，能夠高效實現地形數據的采集，為電網鋪設規劃提供重要依據，得出結論如下：（1）糾正前影像存在嚴重的變形情況，而糾正后影像符合實際條件。（2）在正常風力狀態下，除測區外邊緣存在少量不符合要求的影像，其余影像均符合技術要求。（3）測驗點平面誤差和高程中誤差均滿足測繪要求。

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