探討無(wú)人機(jī)航測(cè)影像精度提升方法

郭宗順

摘要：最近這幾年，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在建筑行業(yè)，水利行業(yè)，農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)然它在地圖以及地面物體測(cè)繪工作方面也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。從整體的情況來(lái)看，在實(shí)際使用期間，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)也存在較為明顯的缺陷以及不足。針對(duì)存在的這些問(wèn)題，我們必須進(jìn)行針對(duì)性分析，了解在發(fā)展期間存在的各種問(wèn)題，從而逐一突破，這樣才可以整體提高無(wú)人機(jī)航車技術(shù)的使用效果。

關(guān)鍵詞：測(cè)繪;相機(jī);精確度

一、背景與原理

1.項(xiàng)目背景

本次課題在研究的過(guò)程當(dāng)中分析的案例項(xiàng)目位于某地區(qū)某新村研究的區(qū)域，包括整個(gè)村鎮(zhèn)區(qū)域，森林區(qū)域，農(nóng)田區(qū)域以及裸地區(qū)域。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過(guò)程當(dāng)中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員使用無(wú)人機(jī)完成一系列的操作，所選用的無(wú)人機(jī)是一種特殊的固定翼單元，屬于數(shù)據(jù)采集過(guò)程具有穩(wěn)定性的特點(diǎn)。該固定翼單元具有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，同時(shí)無(wú)人機(jī)上還配備了便攜式GPS，光纖陀螺，自動(dòng)駕駛儀芯片組，電子速度控制器，無(wú)線天線，攝像機(jī)支架以及高分辨率的數(shù)碼相機(jī)等先進(jìn)的技術(shù)，這些技術(shù)的整合使得項(xiàng)目在研究的過(guò)程當(dāng)中獲得了較可靠且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

2.技術(shù)背景

從技術(shù)背景的角度進(jìn)行分析，現(xiàn)場(chǎng)工作人員使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)影像數(shù)據(jù)的收集工作時(shí)，需要先在地面站對(duì)所有無(wú)人機(jī)的飛行軌跡進(jìn)行編碼測(cè)試以及編程控制，保證無(wú)人機(jī)進(jìn)入到數(shù)據(jù)收集狀態(tài)是可以按照相應(yīng)的行動(dòng)軌跡開(kāi)展。航測(cè)影像控制過(guò)程需要以控制點(diǎn)位作為基礎(chǔ)，與無(wú)人機(jī)搭載的GPS相互聯(lián)合，分別獲取不同區(qū)域的數(shù)據(jù)以及信息，而且航測(cè)過(guò)程的無(wú)人機(jī)在航測(cè)軌跡上需要自主完成影像采集工作。使用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集及分析采集地理參考圖像，最重要的內(nèi)容是保證無(wú)人機(jī)上安裝飛行計(jì)劃軟件的加載設(shè)備而且還應(yīng)該安裝攝影機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，這樣才可以使得無(wú)人機(jī)飛行的過(guò)程可以按照計(jì)劃的軌跡前進(jìn)，使得覆蓋面積得到大范圍拓寬，而且所需分辨率，圖像數(shù)量，姿態(tài)，高度以及飛行的路徑等多項(xiàng)指標(biāo)，都可以得到充分滿足。

本次課題在研究的過(guò)程當(dāng)中，使用的無(wú)人機(jī)設(shè)備，在軟件方面具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)，飛行高度所需地面的分辨率等多項(xiàng)指標(biāo)以及內(nèi)容進(jìn)行預(yù)先控制，而且軟件也可以自動(dòng)計(jì)算拍攝的時(shí)間，圖像的數(shù)量，航路點(diǎn)的數(shù)量，飛行的軌跡等等，并且通過(guò)綜合以上數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行曝光時(shí)間的計(jì)算。在此次測(cè)繪項(xiàng)目當(dāng)中，工作人員對(duì)預(yù)設(shè)高度進(jìn)行了嚴(yán)格控制，設(shè)置為320米或者1200英尺，此時(shí)，地面分辨率要求指標(biāo)為7厘米。自動(dòng)控制系統(tǒng)可以將無(wú)人機(jī)搭載的GPS，螺旋槳速度，無(wú)人機(jī)機(jī)翼攝像頭進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其運(yùn)行的過(guò)程可更好地對(duì)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集以及測(cè)量。需要注意的是，無(wú)人機(jī)在著陸之后，需要立即對(duì)車載GPS進(jìn)行關(guān)閉，否則將有可能出現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)丟失的情況。

3.數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)工作，其前提是需要事先針對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，這樣它才可以保證圖像采集的攝像機(jī)參數(shù)，得到有效的確定。使用攝影測(cè)量軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理的過(guò)程當(dāng)中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要針對(duì)所有的參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，而且這些參數(shù)的內(nèi)容都必須是內(nèi)部定位需要的基礎(chǔ)信息。此次課題在針對(duì)測(cè)繪項(xiàng)目進(jìn)行研究時(shí)，攝像機(jī)使用的標(biāo)定尺寸為0.6米×0.6米，需要有36個(gè)不同高度的反射目標(biāo)，共同組成平板標(biāo)定工作，所以攝像機(jī)與校準(zhǔn)板之間的距離可以控制在相應(yīng)的范圍之內(nèi)。在對(duì)校準(zhǔn)軟件進(jìn)行處理時(shí)拍攝的圖像同樣也具有穩(wěn)定性的特點(diǎn)，軟件運(yùn)行期間需要對(duì)圖像的像素大小，水平，分辨率，圖像數(shù)量等信息進(jìn)行快速地讀取。最后工作人員還需要將軟件自動(dòng)生成攝像機(jī)參數(shù)，并且確定相機(jī)校準(zhǔn)的數(shù)值。

二、影響無(wú)人機(jī)航測(cè)影像精度的因素

1.像控點(diǎn)的布設(shè)

像控點(diǎn)的布設(shè)工作對(duì)無(wú)人機(jī)行測(cè)精確度會(huì)產(chǎn)生直接影響，如果像控點(diǎn)的步驟未能按照相應(yīng)的要求以及指標(biāo)進(jìn)行每一個(gè)環(huán)節(jié)的操作，那么后期成圖的質(zhì)量也無(wú)法得到有效的優(yōu)化。每一個(gè)架次都需要進(jìn)行至少5個(gè)像控點(diǎn)的布置，如果地形起伏變化比較大，那么像控點(diǎn)數(shù)目也需要擴(kuò)大，如果在一些植被比較復(fù)雜的地區(qū)，那么就需要增加像控點(diǎn)，使得像控點(diǎn)之間的距離更小，如果不加密或者項(xiàng)目的分布不均勻，那么在對(duì)飛行區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量工作是很有可能會(huì)出現(xiàn)翹曲的情況，最終評(píng)查數(shù)據(jù)就無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的精確度要求。

2.圖像質(zhì)量

與圖像質(zhì)量之間存在密切聯(lián)系的指標(biāo)，主要有相機(jī)本身的因素以及天氣因素。首先從相機(jī)本身因素進(jìn)行分析，不同類型的相機(jī)以及不同型號(hào)的相機(jī)，在數(shù)據(jù)的獲取以及圖像的準(zhǔn)確度方面都存在較為明顯的差異，而相機(jī)的像素曝光時(shí)間將決定圖像的質(zhì)量。像素主要由相機(jī)本身的元器件決定曝光，時(shí)間的選取一般與天氣之間存在聯(lián)系，如果光線條件不好，那么就需要增加曝光時(shí)間。在天氣不好的或光線不好的情況下，工作人員可以通過(guò)選定兩個(gè)曝光時(shí)間進(jìn)行分別照相。通過(guò)比較相機(jī)的ISO數(shù)值，分析相片的質(zhì)量數(shù)值越小，相片的質(zhì)量越好，所以應(yīng)該優(yōu)先選擇ISO數(shù)值比較小的相片進(jìn)行曝光時(shí)間的選取。

在風(fēng)力相對(duì)較大或者存在霧霾的情況下，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的獲取，其準(zhǔn)確度相對(duì)較低，一般風(fēng)速過(guò)大的情況下應(yīng)該考慮停止飛行，如果風(fēng)力過(guò)大，那么飛機(jī)的飛行速度以及飛行變化姿態(tài)就會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。如果在進(jìn)行圖像獲取的過(guò)程當(dāng)中，工作人員無(wú)法保證飛機(jī)飛行的穩(wěn)定性，那么在空中拍攝下來(lái)的照片就會(huì)存在比較明顯的扭曲，最終使得成像模糊。當(dāng)然風(fēng)力過(guò)大的情況下，也會(huì)使得無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)力消耗速度不斷的加快，使得無(wú)人機(jī)飛行的時(shí)間大幅度縮短，甚至他無(wú)法在有效的時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)區(qū)域的飛行計(jì)劃。

3.重疊率

要想整體提高相片連接點(diǎn)的質(zhì)量，那么就需要提高重疊率，它是使得圖像獲取質(zhì)量得到整體提升的重要保障，但是在很多情況下，部分工作人員為了減少飛行的時(shí)間或者將飛行的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)大，會(huì)通過(guò)調(diào)低重疊率的方式進(jìn)行。通過(guò)對(duì)最終獲取的數(shù)據(jù)以及信息進(jìn)行收集，可以了解到，如果重疊率降低，那么每個(gè)地點(diǎn)或者每個(gè)物品點(diǎn)會(huì)在少量的航片當(dāng)中顯現(xiàn)出來(lái)，那么最終工作人員能獲取的連接點(diǎn)數(shù)量會(huì)少之極少，相片連接點(diǎn)數(shù)量少的情況下，就會(huì)使得飛機(jī)的相片連接粗糙度不斷提升，甚至?xí)?dǎo)致提取的連接點(diǎn)平差結(jié)構(gòu)逐漸變?nèi)酢?/p>

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，使得室外數(shù)據(jù)測(cè)量的工作便利性變得越來(lái)越高，但是它能為人們工作帶來(lái)便利的同時(shí)，對(duì)測(cè)量的要求也相對(duì)較高。外業(yè)對(duì)航測(cè)條件的選取是影像無(wú)人機(jī)測(cè)繪成果的重要內(nèi)容，所以在室外進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，我們需要關(guān)注像控點(diǎn)布設(shè)，天氣因素，飛行高度，重疊率等多個(gè)方面的問(wèn)題，保證每一個(gè)指標(biāo)當(dāng)中的數(shù)據(jù)都可以符合測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，這樣才可以獲得更為準(zhǔn)確的測(cè)繪效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王麗霞，王晨輝，劉招，等. 像控點(diǎn)刺點(diǎn)影像選取對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)量精度的影響[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2019，v.19;No.479（10）.

[2] 丁銳. 無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用分析[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（09）.

[3] 謝桂娟. 無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)在建筑工程測(cè)量教學(xué)中的應(yīng)用分析[J]. 山西建筑，2020（2）.