智能化技術下的無人機大面積地形圖測繪研究

張輝

（梅河口市城市規劃服務中心）

1 引言

目前利用航空技術確保國家安全成為國際競爭的重要課題。縮短各種地形圖更新周期是測繪工作面臨的新挑戰。遙感衛星平臺受運行周期限制，微波遙感應用不能替代紅外遙感作業。無人機航攝系統具有受天氣條件影響小等特點。無人機航攝系統可獲取不同分辨率影像，無人機航攝系統受到測繪領域的認同，廣泛應用于電力維修等領域。但無人機航測系統存在一定缺陷，如目前測繪領域搭載非量測數碼相機，影響對影像數據內業處理精度。必須研究無人機航攝影像制作大面積地形圖高程精度。使無人機航攝影像數據廣泛應用于大面積地形圖測繪，災害區域分析等領域。

2 無人機航攝測繪概述

無人機是利用無線電遙控設備控制裝置操作的不載人飛機，最早的用于軍事偵察活動。90年代無人機快速發展，由于無人機成本低等特點，使其應用范圍擴大到民用領域。50年代我國開始研制無人機，一些企業進入無人機平臺生產領域，無人機飛行平臺搭載非量測數碼組成攝影測量系統，改善了測繪工作方式。

無人機攝影測量主要用于地理數據快速獲取，系統組成包括飛行平臺等。無人機航測系統分為任務荷載設備，影像處理系統等[1]。數字影像具有直觀、形象、現勢性強等特征。數字影像處理包括數字圖像轉換、多源信息復合等類型。影像預處理是控制圖像噪聲的關鍵步驟。無人機航攝系統獲取影像中受到外界因素的影響，搭載的非量測數碼相機存在鏡頭畸變，圖像噪聲產生是隨機過程，噪聲干擾信號隨機產生，噪聲主要形式有瑞麗噪聲等。采用濾波處理去噪信號方法包括空域、頻域濾波。

無人機分為固定翼與多旋翼無人機，固定翼無人機可通過參數設置規劃飛行路線。固定翼無人機按事先規劃的路線飛行，操作簡便，不需助跑即可起飛，可持續1h遠距離飛行。固定翼無人機對降落地無特殊要求。多旋翼無人機主要由電機、機架等組成，其他設備需要有遙控設備等，可通過控制系統發出命令改變飛行狀態。無人機飛行平臺航攝影像不同于傳統航攝影像，無人機航攝系統特點包括搭載非量測數碼相機，基高比小等。

3 無人機航攝測繪地形圖技術流程

無人機技術是由飛行平臺載體構成的高科技航空信息系統，主要用于搶險救災，獲取地下底層等方面信息。無人機航測技術具有適用地形廣泛，使用機動靈活等優勢[2]。2005年我國研制的高端無人機遙感系統首飛實驗成功，系統集成等方面達到實用化水平。國家測繪局發布無人機航測要求測繪標準包括《無人機航攝安全作業要求》等。

無人機航攝系統影像獲取處理不同于傳統航空數碼影像。在開展大面積地形圖制作工作中，利用POS數據建立航帶內，對區域網內部拓撲關系預設，根據建立拓撲關系提取連接點。實際應用中，應選用硬件技術較高的無人機設備。由于我國無人機軟件研發不成熟，導致測繪中地形起伏較大地區測圖精度較低，影響最終測繪結果精準度。無人機航攝硬件設備影響信息處理系統，硬件設備包括地面監控設備、飛行控制系統等，處理視頻影像包括DEM及數據影像處理系統等。數據分析系統具有數據管理等功能。無人機航攝系統測繪大面積地形圖流程包括像片控制，圖像預處理，空中三角測量等。像片控制是無人機航測大面積地形圖重要部分，像控點在航線需要10條基線布置，通常使用全站儀測繪。

由于無人機拍攝數碼相機畫幅較小，未經預處理圖像變形為后續工作產生影響，需要圖像預處理技術達到良好測量精度。無人機航攝圖像預處理方法分為噪聲去除與鏡頭畸變校正法。圖像拍攝中受到噪聲信號干擾，通過濾波處理可去掉圖像噪聲信號，經過傅里葉變換成頻域信號，經過逆向傅里葉變換，通過處理得到濾波后圖像。鏡頭畸變由于圖像位置與坐標偏離產生，對設置高精度點空間坐標控制場拍攝，根據共線放出推到圖片原始坐標。

4 無人機航攝測繪在大面積地形圖中的應用

無人機航攝系統利用航攝儀進行遠程攝影，通過航攝儀特有工具將獲取圖像進行處理，通過航攝系統將其測繪，無人機特點是可進行圖像傳遞，為地質勘察提供方便[3]。測繪大面積地形圖是通過測量確定地形形狀，根據獲取信息進行繪制，選取大比例尺是因為無人機航攝系統探測地形范圍大，確定比例后體現繪制圖的實用價值。

以快眼-III無人機為航攝平臺，對某煤礦進行大面積地形圖快速測繪，得到1:5000正射影像圖，通過對航空攝影質量、地形圖成果質量檢查，表明成果符合國家測繪產品質量要求。

項目區為山西某集團下屬煤礦，項目建立在國家統一測繪基準，生產作業按國家技術標準執行。采用先進的快眼III無人機數字測繪航攝系統，無人機平臺包括NCG-2增強型飛控系統、三軸云臺自穩系統，專業備用系統。最大起飛重量28kg，續航時間3h，最大飛行速度150km/h，相機為2100萬pixel數據采集系統。

像片控制采用內業布點，采用山西GPS CORS網進行實時時差分測量，采用南方靈銳H82RTKGPS實測像控點位。測完后進行外業調繪，外業調繪以看到為原則調繪，調繪性質數量，外業調繪用相應符號表示，最后內業清繪整飾。 空三加密采用ATMatrix，外業提供控制測量成果，成圖比例尺為1:2000使加密精度為：內業加密點對平面位置中誤差為1.75m.基于無人機低空影像生產DEM技術不斷成熟，基于全數字攝影測量系統Map Matrix，對每個像按5m格網間距生成DEM分別編輯，根據DEM對數字化航空像片進行數字微分糾正得到正射影像，不同像對圖廓裁切，圖廓整飾等步驟，生成1:5000數字正射影像圖DOM。

經上述工作流程處理，得到局部正射影像圖，1:2000地形圖，為使后續工作順利完成，需對獲取影像質量評價，經主觀目視評價產生項目區正射影像層次豐富，彩色色調柔和，相同地物色彩一致，滿足遙感影像反差適中要求。采用高程二次定向，可使最終航測成果滿足航測規范精度要求，獲取地形圖地貌表示細致，高程點位符合要求，外業利用礦區提供近井點采用全站儀散點法打點方式對地形圖實測檢查，高程精度滿足規范對地形圖成圖要求。

5 結語

隨著我國航天技術的快速發展，無人機應用范圍不斷擴大。無人機以其靈巧、易操作等特點，成為航攝地形圖的重要技術。無人機航攝存在一些缺陷，需要相關人員提高無人機航攝技術。我國各領域應用無人機技術，一些成熟的地理空間信息測繪計算機普遍應用航空攝影測量技術等，在設備測繪精度等方面具有各自優勢，可以綜合應用相關技術，更好地為地理地形圖測繪提供幫助。隨著我國對無人機技術要求提升，相關測繪單位應致力于研發新型無人機，滿足我國地形圖測繪工作的要求。