無人機(jī)航測(cè)在山區(qū)水利測(cè)繪中的必要要素

■李?；?羅瀟

（云南省測(cè)繪工程院云南昆明650033）

無人機(jī)航測(cè)在山區(qū)水利測(cè)繪中的必要要素

■李?；?羅瀟

（云南省測(cè)繪工程院云南昆明650033）

近年來，無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，其被應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)生產(chǎn)生活領(lǐng)域當(dāng)中，作為無人機(jī)技術(shù)的重要組成部分，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)不僅關(guān)系著空間數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，而且對(duì)于以空間數(shù)據(jù)為依托的各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展也具有重要影響。基于此，本文通過對(duì)無人機(jī)航空攝影技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，進(jìn)而對(duì)山區(qū)水利測(cè)繪過程中，無人機(jī)航測(cè)應(yīng)用所需的必要因素展開了深入研究。

無人機(jī) 水利測(cè)繪 遙感傳感器

0　前言

對(duì)傳統(tǒng)的航空航天測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分析可知，其雖然已經(jīng)進(jìn)入相對(duì)成熟的發(fā)展階段，并被廣泛應(yīng)用于基本比例尺地圖測(cè)繪當(dāng)中，但對(duì)于山區(qū)等具有面積小、比例尺大等特點(diǎn)的區(qū)域而言，其卻因難以滿足此類小區(qū)域的成本合算的要求而陷入難以測(cè)量的被動(dòng)局面。因此，加強(qiáng)對(duì)無人機(jī)航空攝影測(cè)繪的研究和應(yīng)用則成為了對(duì)山區(qū)水利進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)繪的關(guān)鍵方法與重要任務(wù)。

1　無人機(jī)航測(cè)概述

對(duì)無人機(jī)航測(cè)遙感進(jìn)行分析可知，其是繼衛(wèi)星與打飛機(jī)遙感后而迅速發(fā)展而來的一項(xiàng)新型航空遙感技術(shù)，最初被用于軍事領(lǐng)域，直到上世紀(jì)九十年代末，才得以民用化，被用于空間數(shù)據(jù)的獲取當(dāng)中來。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)特點(diǎn)在于，適用的地形較為廣泛，適合高危地區(qū)探測(cè)及其影像的實(shí)時(shí)傳輸，且具有成本核算方便和測(cè)量范圍廣等優(yōu)勢(shì)，能夠較好地應(yīng)用在具有較大測(cè)量量的中比例尺測(cè)繪圖當(dāng)中[1]。

2　山區(qū)無人機(jī)航測(cè)的必要要素

2.1無人機(jī)的選型要求

以我國(guó)西部地區(qū)為例，其水資源大都分布在高山峽谷區(qū)域，也正因如此，具有較高水能含量的高山地理環(huán)境也對(duì)水利測(cè)繪提出了更高的要求。對(duì)高山地區(qū)河流進(jìn)行分析可知，河流兩側(cè)坡度較為陡峭，且對(duì)于河谷地帶而言，其也會(huì)因高度的不同而產(chǎn)生完全不同的氣候。在此種惡劣環(huán)境中開展航拍工作的無人機(jī)不僅需要較強(qiáng)的穩(wěn)定性，而且還需要良好的抗風(fēng)能力。因此，在此類山區(qū)中可選用以動(dòng)力系統(tǒng)作為支撐體系的固定翼型無人機(jī)。由于固定翼型無人機(jī)是在動(dòng)力系統(tǒng)的支撐下以機(jī)翼的滑行為主要起降與飛行方式的無人機(jī)，故無論是遙控飛行模式還是程控飛行模式，均能夠較為容易的實(shí)現(xiàn)，且具有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力。此外，固定翼型無人機(jī)還具有載荷量大、飛行速度快以及成圖效率高等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于1:2000～1：1000范圍的成圖要求具有良好的適應(yīng)性[2]。由于此種機(jī)型無人機(jī)飛行速度與飛行方向能夠被靈活控制，進(jìn)而從整體上降低了其在山區(qū)水利測(cè)繪的危險(xiǎn)性，加之其無人機(jī)一般呈現(xiàn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，具有良好的穩(wěn)定性，從而使其在面臨風(fēng)速突變情況時(shí)，不易偏離原有的設(shè)計(jì)航線，所測(cè)數(shù)據(jù)較為可靠。

2.2遙感傳感器

以遙感任務(wù)為依據(jù)，對(duì)符合任務(wù)的機(jī)載遙感設(shè)備進(jìn)行確定和選取是山區(qū)無人機(jī)航測(cè)的另一必要要素。無人機(jī)所搭載的遙感器不僅應(yīng)具備體積小和重量輕等特點(diǎn)，而且在具備良好性能的同時(shí)，還應(yīng)具備數(shù)字化和測(cè)量精度高等特點(diǎn)。就現(xiàn)階段而言，多數(shù)無人機(jī)所搭載的均為非測(cè)量型數(shù)碼相機(jī)，相較于專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，其具有畸變差大且像幅小的劣勢(shì)，故利用此種數(shù)碼相機(jī)開展航測(cè)工作前，有必要也必對(duì)其進(jìn)行全面的校驗(yàn)和檢查，主要指對(duì)主點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)定和對(duì)主距與光學(xué)畸變系數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

需要說明的是，以水利測(cè)區(qū)的1:2000比例尺成圖要求為依據(jù)，無人機(jī)航測(cè)的地面采樣距離，即GSD應(yīng)始終處于15～25cm區(qū)間，而對(duì)于傳統(tǒng)的CCD數(shù)字相機(jī)而言，其攝影比例尺難以滿足無人機(jī)對(duì)山區(qū)水利測(cè)繪影像成圖能力的需求，故只有所搭載的數(shù)字相機(jī)具有相同的GSD影像，無人機(jī)方能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地面物體的準(zhǔn)確判讀和目標(biāo)的精準(zhǔn)定位[3]。在以成圖比例尺為依據(jù)，對(duì)地面采樣距離進(jìn)行測(cè)定后，便可借助數(shù)字相機(jī)的像元尺寸與焦距對(duì)其相對(duì)行高展開計(jì)算。此外，考慮到山區(qū)中存在著大量森林，故在進(jìn)行水利航測(cè)過程中，需要保證無人機(jī)具有相對(duì)較大的覆蓋面，從而避免其所拍攝的影像被森林全部覆蓋。

2.3數(shù)據(jù)處理

無論是平地的航測(cè)成圖，還是山區(qū)水利航測(cè)成圖，均要求無人機(jī)航片航向的重疊度在55%～65%區(qū)間，且其旁向重疊度在25% ～35%之間，像片的傾角與旋角應(yīng)不超過2°和6°，且其航線的彎曲度應(yīng)始終保持在3%。因此，在山區(qū)水利測(cè)繪中，對(duì)無人機(jī)航測(cè)的數(shù)據(jù)處理則成為了確保測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定、高效的關(guān)鍵。

作為山區(qū)水利無人機(jī)航測(cè)軟件的重要組成部分，航測(cè)模塊對(duì)于航測(cè)成圖的質(zhì)量與精度具有重要影響。本文則以固定翼無人機(jī)的DPGrid低空處理系統(tǒng)為例，對(duì)其數(shù)據(jù)處理的相關(guān)流程予以說明。首先，對(duì)工程管理模塊進(jìn)行分析，此模塊包括參數(shù)、航帶設(shè)置與影像預(yù)處理三方面內(nèi)容，建立測(cè)區(qū)工程以及工程參數(shù)和相機(jī)及其控制參數(shù)等均屬于參數(shù)設(shè)置范圍，通常，只需將.cmr的文件予以直接導(dǎo)入即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置；航帶設(shè)置則主要以影像的POS數(shù)據(jù)對(duì)無人機(jī)航帶進(jìn)行排列；影像預(yù)處理則要求工程管理模塊對(duì)數(shù)字相機(jī)所拍攝的原始影像進(jìn)行內(nèi)定向以及影像旋轉(zhuǎn)和畸變更正。其次，是DPGrid的空三模塊，其軟件性質(zhì)是全自動(dòng)空三軟件，不僅包括匹配與智能挑點(diǎn)等功能，而且還包括空三平差與交互式編輯結(jié)果的輸出等功能。需著重強(qiáng)調(diào)的是，相較于其他無人機(jī)內(nèi)頁(yè)處理軟件，DPGrid一個(gè)鮮明的優(yōu)勢(shì)便是智能挑點(diǎn)，通過借助無人機(jī)航帶中每一張對(duì)應(yīng)的影像開展點(diǎn)的傳遞工作，同時(shí)，利用6張基于上下航帶的影像構(gòu)建自由網(wǎng)平差，從而將誤差匹配點(diǎn)予以剔除。最后，在交互式的編輯模塊當(dāng)中，經(jīng)由人工干預(yù)平差方法將所產(chǎn)生的錯(cuò)誤像控點(diǎn)予以剔除，從整體上提高空三精度

3　結(jié)論

本文通過對(duì)無人機(jī)航測(cè)及其特點(diǎn)進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)，分別從選型要求、遙感傳感器對(duì)地面采樣距離的要求以及數(shù)據(jù)處理等方面對(duì)無人機(jī)航測(cè)在山區(qū)水利測(cè)繪中的必要要素做出了系統(tǒng)探究。研究結(jié)果表明，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有適應(yīng)地形廣、影響傳輸及時(shí)和航空成本低與使用機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，能夠較好地使用山區(qū)復(fù)雜環(huán)境中的水利測(cè)繪，對(duì)于提高山區(qū)水利測(cè)繪結(jié)果的精度和可靠性具有重要促進(jìn)作用。

[1]劉昌軍，郭良，岳沖.無人機(jī)航測(cè)技術(shù)在山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J].中國(guó)防汛抗旱，2014，03（12）：3～7.

[2]張甲龍.低空無人機(jī)在測(cè)繪中的應(yīng)用 [J].河南科技，2015，01（05）：135～136.

[3]江炎園，趙紅艷，劉均龍.無人機(jī)航測(cè)在土地整治項(xiàng)目核查驗(yàn)收中的應(yīng)用 [J].江西建材，2015，02（12）：225.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～245～1