無人機(jī)航測技術(shù)在鐵路帶狀地形測繪中的應(yīng)用研究

鄭其立

(阜陽市測繪院有限責(zé)任公司，安徽 阜陽 236000)

0 引 言

不同于傳統(tǒng)航空攝影測量，無人機(jī)航測技術(shù)憑借其高效快速、輕便靈活、適用性廣的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于鐵路帶狀地形測繪中，很好地突破了飛行困難區(qū)域和小區(qū)域的地形圖航測工作。為充分發(fā)揮該航測技術(shù)作用，對其應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行研究是必要的。

1 地形相關(guān)數(shù)據(jù)采集

1.1 設(shè)計(jì)飛行方案

在應(yīng)用無人機(jī)航測技術(shù)對鐵路帶狀地形進(jìn)行測繪時(shí)，為保證測繪作業(yè)的有序展開，應(yīng)針對實(shí)際情況和項(xiàng)目設(shè)計(jì)書進(jìn)行無人機(jī)飛行方案的設(shè)計(jì)，明確目標(biāo)區(qū)域范圍、影像重疊率以及攝影地面分辨率等參數(shù)，同時(shí)充分利用無人機(jī)系統(tǒng)自帶GSRTK飛控軟件對各項(xiàng)數(shù)據(jù)因素進(jìn)行規(guī)劃，包括航線數(shù)目、測區(qū)分區(qū)、航線長度、相對航高等，從而保證飛行計(jì)劃制定的科學(xué)性和合理性。由于該鐵路地形為帶狀地形，在綜合考量無人機(jī)續(xù)航能力和作業(yè)效率的基礎(chǔ)上，應(yīng)對測區(qū)進(jìn)行合理劃分，將分區(qū)長度控制在3 km 左右，且最少重疊5條基線長度。在對航線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)測區(qū)的長邊方向確定無人機(jī)的航線方向，即保證二者的平行關(guān)系。值得注意的是，為了在不影響內(nèi)業(yè)正常空三加密的情況下還能夠便于施測相片控制點(diǎn)，應(yīng)將首末航線敷設(shè)在攝區(qū)邊界線之外，且保證該線路與攝區(qū)邊界線相平行[2]。

1.2 航攝執(zhí)行

在使用無人機(jī)進(jìn)行航空攝影時(shí)，無人機(jī)的起降對地形有一定的要求，應(yīng)在開闊且地勢較高的區(qū)域進(jìn)行，同時(shí)盡量遠(yuǎn)離鐵礦、水域和高壓鐵塔，最好選擇在目標(biāo)區(qū)域的居中位置進(jìn)行起降。在實(shí)際航空攝影過程中，工作人員主要通過飛控軟件監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行、攝影等狀態(tài)，掌握無人機(jī)的飛行速度、衛(wèi)星信號、遙控信號以及相機(jī)采集等，判斷其是否存在異常，若是存在異常應(yīng)及時(shí)干預(yù)與控制。之后，根據(jù)影像資料獲得云層覆蓋等信息，為后期質(zhì)檢等處理工作奠定良好的基礎(chǔ)。隨著無人機(jī)技術(shù)水平的提升，其自動(dòng)化程度也越來越高，實(shí)際攝影過程中往往是設(shè)備對異常進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，很少需要進(jìn)行人工干預(yù)操作。

1.3 檢查無人機(jī)影像數(shù)據(jù)資料

在對無人機(jī)攝像數(shù)據(jù)資料進(jìn)行檢查時(shí)，主要對數(shù)據(jù)資料的兩方面進(jìn)行檢查，一方面是數(shù)據(jù)的完整性，另一方面是成像質(zhì)量。對于前者而言，工作人員需要進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作，將其導(dǎo)入到Photoscan中，在影響航點(diǎn)位置有序排列后，對其連續(xù)性進(jìn)行檢查，判斷其是否存在漏片情況。若是存在，需要對該區(qū)域重疊度進(jìn)行計(jì)算，如果計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)不滿足最低重疊度要求，則需要開展補(bǔ)飛工作。對于后者而言，應(yīng)根據(jù)執(zhí)行記錄對過亮、過暗影像進(jìn)行篩查，對篩查出的影像進(jìn)行勻光勻色處理，如圖1所示，為后續(xù)工作奠定良好基礎(chǔ)。一般情況下，影像過亮和過暗是因?yàn)閿z影時(shí)有薄霧，所以需要對影像進(jìn)行處理。

圖1 影像勻光勻色

2 外業(yè)控制測量、調(diào)繪

所謂航測外業(yè)控制測量，主要是指航測外業(yè)相片控制測量，作為無人機(jī)航測成圖的重要環(huán)節(jié)，其測量質(zhì)量對成圖精度造成直接影響。在開展外業(yè)控制測量工作時(shí)，工作人員應(yīng)按照設(shè)計(jì)方案和航攝相片控制點(diǎn)對實(shí)地測量的地物特征點(diǎn)進(jìn)行選擇，之后使用GPS技術(shù)得到控點(diǎn)三維坐標(biāo)。由于作業(yè)航高相對較低，影像像幅較小，外加影像重疊率較高，航攝作業(yè)基線較短，所以相較于傳統(tǒng)航空攝影測量，其外業(yè)控制點(diǎn)更多一些。在實(shí)際布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)，可以使用雙五點(diǎn)法對像控點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，測量時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)RTK方法和千尋CORS系統(tǒng)開展工作。最后，還需對點(diǎn)位進(jìn)行拍照取景，將其制作成點(diǎn)后為內(nèi)業(yè)空三加密相關(guān)工作提供數(shù)據(jù)參考，并做好存檔工作[3]。

所謂外業(yè)測繪，主要是指調(diào)查和清繪實(shí)際地物要素，例如植被、電線桿、測區(qū)道路等。相較于其他外業(yè)工序，調(diào)繪復(fù)雜性和技術(shù)含量較高，高質(zhì)量的外業(yè)調(diào)繪工作能夠?yàn)閮?nèi)業(yè)編輯和最終地形圖制作提供數(shù)據(jù)依據(jù)。一般情況下，主要使用數(shù)字化調(diào)繪模式，具體流程是使用Photoscan將獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行正射影像的生成處理，并使用Arcgis對其進(jìn)行切片包底圖文件的轉(zhuǎn)換處理，之后在電子平板調(diào)繪軟件中導(dǎo)入范圍線和地圖包文件開展電子調(diào)繪作業(yè)，最后將其導(dǎo)出DWG格式文件，整飾調(diào)繪成果，將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系統(tǒng)。相較于以往傳統(tǒng)的紙質(zhì)調(diào)繪模式，數(shù)字化作業(yè)方式不僅能夠?qū)⒌讏D進(jìn)行自由縮放，且定位更加準(zhǔn)確，整體工作效率更高。

3 內(nèi)業(yè)空三加密、數(shù)字測圖

所謂內(nèi)業(yè)空三加密工作，主要是指利用相片上的像點(diǎn)坐標(biāo)和定向控制點(diǎn)，運(yùn)用攝影測量方法對測區(qū)影像外方位元素進(jìn)行求解，之后依據(jù)攝影過程幾何反轉(zhuǎn)，對幾何立體模型進(jìn)行重建。值得注意的是，該模型具有可量測特點(diǎn)，最后得到地面點(diǎn)的空間坐標(biāo)。在實(shí)際工作中，可以使用Photoscan匹配處理影像資料，并將優(yōu)化后的EO作為初始值導(dǎo)入到Inphp中進(jìn)行空三加密。具體而言，將初始EO文件和影像資料導(dǎo)入到Photoscan中進(jìn)行影像匹配處理，執(zhí)行無控制點(diǎn)的自由網(wǎng)平差。之后進(jìn)行控制點(diǎn)刺點(diǎn)作業(yè)，并對相機(jī)外方位元素進(jìn)行優(yōu)化。通過該流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對影像畸變的有效去除，并對相機(jī)參數(shù)進(jìn)行平差優(yōu)化，得到優(yōu)化后的影像POS數(shù)據(jù)。之后，使用Inpho對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成測區(qū)航帶和金字塔影像，進(jìn)行自動(dòng)匹配連接點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況對連接點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)修改和增加。完成連接點(diǎn)匹配工作后，使用立體量測方法對像控點(diǎn)進(jìn)行刺點(diǎn)，之后對測區(qū)進(jìn)行平差處理，直至滿足精度要求[4]。

在做好空三加密工作后，使用JX4G數(shù)字?jǐn)z影測量工作站開展數(shù)字測圖作業(yè)。在實(shí)際工作中，主要運(yùn)用攝像數(shù)據(jù)、加密文件以及相機(jī)文件將立體像對進(jìn)行恢復(fù)，之后開展數(shù)據(jù)采集。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照無人機(jī)航測專業(yè)的分層代碼表對數(shù)據(jù)進(jìn)行分層、分類進(jìn)行，并將像對作為單位，將數(shù)據(jù)采集范圍控制在定向點(diǎn)連線內(nèi)開展工作。需要注意的是，相對間不得存在漏洞。在對地貌要素和地物要素進(jìn)行采集時(shí)，工作人員應(yīng)參考外業(yè)調(diào)繪資料，并使用立體測圖儀仔細(xì)辨認(rèn)、測繪立體模型，避免出現(xiàn)移位或是錯(cuò)漏等不良情況，影響后續(xù)作業(yè)的展開。采集完要素后，對其進(jìn)行DWG格式轉(zhuǎn)變，形成圖形文件，并開展整飾和編圖工作，進(jìn)而得到最終的地形圖成果[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，無人機(jī)航測技術(shù)以其高效快速、輕便靈活等優(yōu)勢能夠很好地完成鐵路帶狀地形測繪工作。為更好地發(fā)揮出該技術(shù)的先進(jìn)作用，相關(guān)工作人員應(yīng)嚴(yán)格按照流程開展作業(yè)，并把握各環(huán)節(jié)的應(yīng)用要點(diǎn)，盡量避免補(bǔ)飛等作業(yè)的開展，并做好數(shù)據(jù)采集工作，保證各項(xiàng)工作規(guī)范落實(shí)，以此提升測繪工作效率。