某礦區1:1000比例尺的無人機數字航空攝影研究

康紅星

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

無人機在航空攝影中的應用越來越廣泛，能十分的方便、快捷且精確的完成攝影任務，為之后的測量工作提供可靠的參考依據，保證測量的準確度，值得大范圍應用和進一步推廣[1]。

1 項目概況

測區范圍共有7個分區，界線圖如圖1所示。

圖1 測區界線圖

根據XXX的實際需求，本項目需要獲取測區影像數據，完成DOM、DLG成果的生產。其中，第1分區需求比例尺為1：1000，其他分區需求比例尺為1：2000；地面分辨率均采樣為0.1m。根據項目需求，本項目的主要工作有無人機航空攝影、像片控制測量、地物地貌要素調繪、航攝數據處理、相關圖件輸出等。具體任務量如表1所示。

表1 數據獲取與生產計劃面積（單位：km2）

2 無人機數字航空攝影

2.1 基本要求

2.1.1 相片重疊度

航攝分區的劃分需按照地形特征進行，以分區要求為依據，航攝最低點的地面分辨率應達到0.1m以上。航向重疊度通常在60%～80%范圍內，不能低于53%；旁向重疊度通常在15%～60%范圍內，不能低于8%。

2.1.2 攝區邊界覆蓋保證

航向覆蓋超出攝區邊界線應達到兩條基線以上。旁向覆蓋超出攝區邊界線通常要達到像幅50%以上；在方便對像片控制點進行施測量且不會對內業正常加密造成影響時，旁向覆蓋超出攝區邊界線應達到像幅30%以上。

2.1.3 航高保持

在同一條航線上，兩個相鄰的像片，其航高差應控制在30m以內，最大和最大航高，相差不能超過50m，而實際和設計航高之間相差不能超過50m。

2.1.4 漏洞補攝

在航攝中存在的相對與絕對漏洞都應及時進行補攝，采用前一次航攝過程中所用的數碼相機進行，補攝時，航線兩端需要超出漏洞以外兩條基線。

2.1.5 影像質量

影像必須清晰，且層次豐富，反差適中，色調柔和；可容易分辨出地面分辨率良好的狹小地物影像，也可建立完整的立體模型。在影像上，不能存在缺陷，包括云、云影、煙、大面積反光、污點。確保因飛機地速的影響，在曝光瞬間造成的像點位移一般不應大于1個像素，最大不應大于1.5個像素。

2.1.6 平面位置與高程精度

平面位置中誤差應滿足表2的要求，高程中誤差應滿足表3的要求。

表2 平面位置中誤差（單位：m）

表3 高程中誤差（單位：m）

2.2 航攝系統選擇

2.2.1 飛行平臺

飛行平臺應達到以下要求：續航時間不少于1.5h；可在四級風力條件下安全飛行；巡航速度通常在120km/h以內，最快不得超出160km/h；對航路點及曝光點的存儲數量應達到1000個以上；對于導航定位GPS，應達到以下要求：數據輸出頻率達到4Hz以上，可使用雙頻GPS差分定位或精密單點定位對實際曝光點的坐標進行解算[2]。

2.2.2 航攝分區劃分

在對航攝分區進行劃分時，應嚴格遵循下列基本原則：分區界線必須和成圖范圍線完全一致；分區中的地形高差應控制在航攝航高1/6以內；當地形高差可以滿足以上要求，且可以保證航線保持直線的基礎上，盡可能增大分區跨度，以覆蓋整個攝區為準。

2.2.3 航攝設計計算

依據航攝相機參數、分區地形起伏、像片重疊度以及飛行安全條件等因素確定各分區基準面高度；同時計算攝區最高點重疊度、最低點地面分辨率等參數，并檢驗其能否達到設計要求。

2.2.4 航線生成和編輯

在地面站系統中進行航線的設計，分別將每個攝影分區的范圍坐標輸入到地面站軟件，根據航飛設計來設置航線的間距和飛行的方向，軟件可自動生成航線文件，根據需要可進行航線的局部編輯。

2.2.5 航攝時間選擇

在航攝過程中，除了要有良好光照度，還要避免太大的陰影；通常情況，建議在正午前后1h之內進行航攝，在條件允許的情況下，可進行云下攝影。

2.3 航攝實施要求

2.3.1 場地選擇

無人機的起飛和降落主要有兩種方式，即滑起滑降落和彈射傘降落，現有無人機只有應急傘，在緊急狀況下可使用傘降的方式，在條件允許的情況下優先選擇滑起滑降。采用該方式時，要有長度不少于150m的平直跑道，可選擇與攝區相距較近的公路或開闊工地。

2.3.2 起飛前檢查

在航攝過程中，安全為第一要素，將飛機組裝好后，必須做好檢查與記錄，在保證安全的前提下才能開始飛行。需檢查的項目有：俯仰檢查、滾轉檢查、水平設置、空速檢查、高度計檢查、轉速檢查、遙控器檢查、GPS定位檢查、震動測試、電池測試、數傳發射對傳感器的影響測試、接插件檢查、風門設置檢查、動態傳感器數據觀察、空速計系數、相機檢查。

2.3.3 地面站監控

在無人機升空之后，通過地面站對無人機實際工作狀態實施監控，對于地面站的工作人員，應隨時檢查無人機轉速、飛行高度與飛行速度，當發現異常時應立即作出判斷并采取有效措施解決。

2.3.4 現場數據整理和檢查

航攝結束后，需在現場檢查并整理航攝數據。通過檢查確定曝光點數和影像數是否完全一致，如果不一致，應立即確定原因；通過檢查確定航線記錄值和實際飛機影像數是否完全一致。數據整理要在原始影像每張都可以打開，且每張都存儲完整、不發虛、曝光適中的條件下進行。航攝完成后，需在現場填寫記錄表。

2.3.5 航攝補飛

以航攝鑒定表為依據，現場航攝負責人確定需要進行重新飛行或補充飛行的區域，同時組織人員進行，對鑒定表予以必要的修改及補充完善。

2.4 航攝數據預處理

2.4.1 預處理內容

①創建項目文件目錄，導出影像數據文件并進行原始數據備份存檔；②對影像的質量進行檢查，包括清晰度檢查、信息量檢查、色彩、明暗、云、煙霧、重疊度、旋偏角的檢查等；對存在小缺陷的影像予以輻射校正，并填寫鑒定表；③對缺陷相對較大的區域實施補飛設計，并通知現場人員準備開始補飛；④制作真彩色像片索引圖；⑤對項目資料進行整理，匯編其它成果。

2.4.2 航攝像片命名

根據相關技術規范，結合項目具體情況，像片的文件名主要由3位字母和9位數字組成，比如RHA01001001.jpg，具體規則如表4所示。

表4 航攝像片命名規則

2.4.3 補飛數據整理原則

①以航攝檢查與修正完成后的設計文件為依據，分析補費數據，確定補飛具體類型，如替換航線、替換航片或插入航線。②當補飛為替換航線或航片時，在整理數據的過程中需將原片刪除，但命名不變，將GPS點為修改成替換之后的數據。③對于插入航線的情況，航線編號應依據上一次航攝的最大航線編號順延。

3 結論

（1）在大比例尺地形圖測繪項目中，無人機數字航空攝影有很大技術優勢，能有效減少人員工作量，并能提高測量精度[3]。

（2）在實際的無人機數字航空攝影過程中，應高度重視基本要求、航攝系統選擇、場地選擇、起飛前檢查、地面站監控、現場數據整理和檢查、航攝補飛、數據預處理等要點，保證攝影順利完成，并達到預期的效果。