低空無人機遙感測繪技術及其質量控制

王啟磊

（中國土木工程集團有限公司，北京 100190）

低空無人機遙感測繪技術及其質量控制

王啟磊

（中國土木工程集團有限公司，北京 100190）

低空無人機遙感測繪技術的應用是測繪領域的一項創(chuàng)新舉措，利用無人機靈活、高效、分辨率高等優(yōu)點，使得信息的采集和處理能力有了顯著的提升，而且無人機在復雜的地形地勢環(huán)境下也可以有效作業(yè)，極大的減少了測繪成本的投入，測繪精度也可以得到一定的保障。本文論述低空無人機遙感測繪技術的優(yōu)勢特點，并對遙感測繪系統(tǒng)的組成結構和質量控制要點加以分析，以期實現(xiàn)低空無人機遙感測繪技術的推廣應用。

低空無人機；遙感測繪技術；優(yōu)勢特點；質量控制

1 無人機遙感測繪技術的優(yōu)勢特點

一般來說，低空無人機遙感測繪技術具有快速高效、機動靈活和分辨率高、處理效率快三大優(yōu)勢，在應急測繪項目中發(fā)揮了不容忽視的作用。

1.1 機動靈活

相比于大型飛機的笨重、難于控制、以及對起飛和著陸場地的嚴苛要求，低空無人機的機動靈活一直飽受好評，其機身輕便、靈活，有著較高的承載力，對起降場地的要求也比較低，尤其是在地形復雜、起降困難的場地，低空無人機的優(yōu)勢將會充分的發(fā)揮出來，其性能遠遠超過了大型飛機。而且低空無人機無論是在高山、低谷，還是海洋、湖泊，都能夠獲取高清的影像資料，為環(huán)境保護、災區(qū)救援等工作提供了可靠的技術支持。

1.2 分辨率高、處理速度快

低空無人機遙感測繪技術的分辨率高，最高分辨率可達到0.1m，在處理速度上也優(yōu)于GPS技術和GIS技術，每日單機攝影覆蓋面積可達到100m2以上，是常規(guī)測繪技術的30倍以上，能夠很好的滿足地理信息的測繪需求。通過對測繪圖像的編輯、加密處理，最終得到的圖像會更加清晰，既能夠符合地理信息測繪標準，又能夠符合用戶的實際使用要求。此外，由于低空無人機遙感測繪技術不需要專業(yè)的飛行班組，測繪的時間較短，而且能夠自動處理信息，減少了人力成本的投入，所以測繪成本得到了極大的縮減。

2 無人機遙感測繪系統(tǒng)的構成

2.1 遙感信息采集系統(tǒng)

低空無人機遙感測繪系統(tǒng)的遙感信息采集系統(tǒng)主要包括無人機遙感平臺、飛行控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)三大組成部分。

無人機遙感平臺。無人機遙感平臺可以說是遙感信息采集系統(tǒng)的核心裝置，構成元件有無人機、傳感器、機載飛控，測繪工作主要依靠無人機來開展。

飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)是用于控制無人機的裝置，組成元件有GPS定位器、加速度計、陀螺等，當?shù)孛姹O(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號后，飛行控制系統(tǒng)會對信號進行解析，向無人機發(fā)出數(shù)字指令，控制無人機進行相應的動作，并對無人機的高度、速度、位置進行調(diào)整，以實現(xiàn)信息的精確采集。

地面監(jiān)控系統(tǒng)。地面監(jiān)控系統(tǒng)是低空無人機遙感測繪系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，由計算機、全向天線、監(jiān)控軟件等設備構成，通過監(jiān)控軟件了解無人機的飛行情況，以便對飛行參數(shù)進行實時的監(jiān)控，確保無人機航線的正確，避免無人機深入到危險區(qū)域，同時利用全向天線接收和發(fā)送信息。

2.2 遙感信息處理系統(tǒng)

低空無人機遙感測繪系統(tǒng)的遙感信息處理系統(tǒng)由遙感相片處理、空中三角測量系統(tǒng)和全數(shù)字立體測量系統(tǒng)組成。

遙感像片處理。遙感相片處理是根據(jù)任務航攝規(guī)范表、相機檢定參數(shù)等初始文件對原始像片進行航帶整理、質量檢查、預處理、拼接、畸變改正等,形成可供野外像控測量和室內(nèi)空三處理的像片文件。

空中三角測量系統(tǒng)?？罩腥菧y量系統(tǒng)是遙感信息處理系統(tǒng)的核心部分,根據(jù)整理好的航帶列表,確定航線間的相互關系,對影像進行內(nèi)定向,經(jīng)過影像間連接點的布局、像控點量測、平差計算進行自動空三加密,以此建立三維立體模型,并進行模型定向以及生成核線影像。

全數(shù)字立體測量系統(tǒng)。全數(shù)字立體測量系統(tǒng)由專用的立體觀測設備、手輪腳盤、三維鼠標等硬件和若干軟件模塊組成,可高度自動化地生產(chǎn)數(shù)字測繪產(chǎn)品,包括數(shù)字高程模型(DEM)的提取和編輯、數(shù)字正射影像圖(DOM)的生成和鑲嵌、各種比例尺數(shù)字線劃地形圖(DLG)的測繪與編輯等。

3 主要質量控制點

3.1 航線規(guī)劃

在應用低空無人機遙感測繪技術之前必須要做好航線規(guī)劃工作，這是測繪工作順利開展的基礎，也是保障測繪質量的有效措施。根據(jù)測繪地點和測繪要求選擇最佳的航行路線，這關系著測繪成本以及測繪精度，要想降低測繪成本，提高測繪質量，對無人機航線進行科學、合理的設計規(guī)劃是非常必要的。航線規(guī)劃的關鍵要點如下：第一，確定航線走向，查看測繪區(qū)域內(nèi)是否有水源、泥潭和沼澤，防止無人機進入到上述危險區(qū)域；第二，進行區(qū)域劃分，地形高程控制在攝影高程的15%以內(nèi)，確保測繪范圍對測繪區(qū)域的全面覆蓋；第三，選定攝影基面，分析航行高度是否得當，驗證地面分辨率和像片重疊度，最低地面分辨率和最小像片重疊度應分別位于攝影區(qū)域的最低和最高處，唯有如此才能減少測繪誤差，保證所成圖像的精度。

3.2 航攝質量

在低空無人機遙感測繪技術的應用過程中還要加強對航攝質量的檢查，重點檢查飛行質量和影像質量，一旦發(fā)現(xiàn)航攝質量不符合要求要及時調(diào)整航線，讓無人機對該區(qū)域進行重新測繪，避免因局部區(qū)域的測量失誤影響到測繪的整體質量。飛行質量的檢查主要是對攝影范圍、角度、航行高度、像片重疊度進行檢查，確保上述技術指標的誤差在最大允許范圍內(nèi)。影像質量的檢查內(nèi)容有影像的清晰度、分辨率、色調(diào)、層次等，如果影像模糊、分辨率低，或者存在大面積反光、污點、重影、錯位，就要對影像對應區(qū)域進行重新測繪。

3.3 像片控制網(wǎng)

低空無人機遙感測繪技術通常應用于應急救援，所測繪的區(qū)域往往呈不規(guī)則分布，像片控制網(wǎng)應該根據(jù)區(qū)域網(wǎng)的具體環(huán)境進行布設，二者之間的距離要滿足無人機的性能要求，尤其要注意的是，由于像控點的位置對空中三角測量精度產(chǎn)生較大的影響，所以要以此為依據(jù)對像控點進行合理設計。像片控制網(wǎng)的質量控制主要從三方面入手，即布網(wǎng)階段的控制、像控點的選擇、像控點的采集。布網(wǎng)階段要分析像片控制網(wǎng)的設計是否合理，與航行區(qū)域是否一一對應；所布設的像控點能否覆蓋整個區(qū)域，與測繪地形的契合度；布點的密度是否適宜，是否需要在航線兩端增加像控點。像控點的選擇則要檢查像控點的位置與旁向重疊中線以及方位線的距離，如果距離過近要適當?shù)倪M行過調(diào)整；像控點是否為地面上標志性的物體，刺點是否清晰，刺點位置是否與實際物體的位置相符。像控點采集的質量控制在于儀器的檢查，測繪方法的選取，操作是否得當，確保儀器的性能和精度符合測繪需求，測繪方法科學、可行，操作準確、到位。

3.4 模型創(chuàng)建

作為遙感信息處理的核心技術,由影像列表、內(nèi)定向、確定航帶相對關系、連接點布局、提取、編輯、平差解算、模型創(chuàng)建、匹配、定向、生成核線影像等關鍵技術路線組成,多由遙感信息處理系統(tǒng)軟件完成。由于該部分工作直接影響到立體模型及相關數(shù)字測繪產(chǎn)品的精度,作業(yè)過程中,除嚴格按要求操作外,關鍵步驟宜同步平行操作進行校核,以保證處理工作的質量。

3.5 立體測圖

立體測圖階段的主要檢查內(nèi)容包括：①地形要素選取以及表示方法的的合理性；②地形要素空間位置的準確性；③相鄰模型間以及相鄰區(qū)域間圖形之間的三維接邊精度；④空間地理信息屬性特征的正確性。

4 無人機遙感測繪技術應用實踐案例

利用低空無人機遙感測繪技術對臺山風電項目進行測繪，規(guī)劃的航行路線如下：本次測繪共分成6個測繪區(qū)域，70條航行線路，覆蓋面積可達180km2，無人機沿著東西方向航行，地面分辨率在0.14和0.18m之間，旁向重疊度為40%，航向重疊度為70%，攝影區(qū)域內(nèi)沒有拍攝死角，經(jīng)過測試該航線符合測繪要求，可以對測繪區(qū)域進行全面的覆蓋。無人機飛行中向地面發(fā)出的影像非常清晰，層次分明，色彩勻稱，未出現(xiàn)大面積反光和重影現(xiàn)象。經(jīng)過后期處理后，獲得了1120個立體像對，生成區(qū)域DEM63km2，制作DOM63km2，測繪1：5000地形圖60km2。在此基礎上,又成功應用低空無人機遙感技術完成江西永泰航電樞紐庫區(qū)測繪，低空遙感160km2，共布設5個航飛區(qū)域，42條航線，獲取1812個立體像對，測繪1：5000庫區(qū)地形測繪120km2，通過外業(yè)實地檢測，平面和高程精度中誤差均符合規(guī)范要求。

5 結語

無人機遙感測繪技術作為近年來的新興技術，給測繪工作帶來了極大的便利，測繪精度也有了明顯的提升，但是該技術在應用過程中需要特別注意一些問題，如航線規(guī)劃、航攝質量的檢查、像控網(wǎng)的設計、像控點的選擇等等，因此測繪人員應加強對低空無人機遙感測繪技術的研究，切實做好質量控制措施，確保該項技術能夠真正的發(fā)揮實效。

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