基于無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)數(shù)字線劃圖研究

賈路 賈英

（1.河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450064）

基于無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)數(shù)字線劃圖研究

賈路1賈英2

（1.河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450064）

本文首先介紹無(wú)人機(jī)航測(cè)的一般流程及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況，提出運(yùn)用正射影像直接提取地理信息數(shù)據(jù)與立體測(cè)繪相結(jié)合生產(chǎn)數(shù)字線劃圖的方法。

無(wú)人機(jī)；航測(cè)；數(shù)字線劃圖；立體測(cè)繪

傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)以大、中型飛機(jī)為飛行載體，需利用專業(yè)的飛機(jī)起降場(chǎng)地和高昂的航攝儀，主要用于國(guó)家級(jí)以及大范圍基礎(chǔ)測(cè)繪方面。對(duì)天氣要求高，成本也相對(duì)高昂，且周期長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)性差，因而在生產(chǎn)實(shí)踐及一般工程應(yīng)用中，傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量顯得有些“笨拙”，很難快速、低成本地實(shí)現(xiàn)對(duì)高分辨率影像數(shù)據(jù)的獲取。小型低空無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的發(fā)展正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航攝技術(shù)的不足，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)不管是在飛機(jī)的飛行穩(wěn)定性、相機(jī)的影像獲取，還是在數(shù)據(jù)的后處理等方面，都有了飛速提升，高時(shí)效性、高分辨率和低成本作為無(wú)人機(jī)航測(cè)的三大優(yōu)勢(shì)在各個(gè)領(lǐng)域中也越來(lái)越突顯［1，2］。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)的一般操作流程

資料收集：收集航飛區(qū)域內(nèi)的圖件與影像資料，地形地貌、氣候條件及控制點(diǎn)或參數(shù)等信息。

技術(shù)設(shè)計(jì)：為了避免無(wú)人機(jī)撞山或因能源不足造成事故，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)海拔高差信息設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)的飛行高度，根據(jù)測(cè)區(qū)范圍情況合理地布設(shè)像控點(diǎn)及飛行架次。

設(shè)備器材選?。哼x擇滿足航飛要求的設(shè)備器材，檢查設(shè)備器材的完整性及性能指標(biāo)是否正常。

實(shí)地踏勘：了解測(cè)區(qū)內(nèi)地形、地貌、交通狀況、城鎮(zhèn)分布情況及人口密集情況等信息；選擇合適的起飛地點(diǎn)及應(yīng)急降落區(qū)域；結(jié)合技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)地布設(shè)像控點(diǎn)。

飛行檢查與操控：①飛行前檢查，地面站設(shè)備是否正常、飛行任務(wù)是否正確、飛行平臺(tái)系統(tǒng)是否顯示正常、飛機(jī)組裝是否穩(wěn)固正常等；②飛行中監(jiān)控，起飛是否正常、飛行過(guò)程中各飛行參數(shù)是否正常、降落地點(diǎn)是否正常等；③飛行后檢查，飛行平臺(tái)系統(tǒng)是否正常工作、機(jī)載設(shè)備是否正常、存儲(chǔ)設(shè)備中POS信息及相片信息是否完整，是否符合生產(chǎn)要求。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成果整理：根據(jù)外業(yè)航飛獲取的影像資料進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可采用專業(yè)的航測(cè)軟件進(jìn)行空三加密處理后初步生成數(shù)字正攝影象（DOM）、數(shù)字地面模型（DTM）、數(shù)字高程模型（DEM）等信息。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)處理

2.1 空三加密

利用野外采集的具有一定旁向重疊度及航向重疊度的相片，根據(jù)其幾何特性及控制點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行空三加密。根據(jù)實(shí)際的航帶選擇合適的區(qū)域網(wǎng)平差模型和平差方法，通過(guò)計(jì)算得到加密點(diǎn)的平面信息和高程信息。

2.2 生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)

采用合適的密集匹配算法，對(duì)空三之后的無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行密集匹配，并對(duì)匹配之后的影像進(jìn)行鑲嵌和勻光處理，最終生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2.3 生成DEM

利用空三成果，建立立體模型及其對(duì)應(yīng)的參數(shù)文件，在此基礎(chǔ)上生成核線影像。依據(jù)密集點(diǎn)數(shù)據(jù)并通過(guò)引入特征點(diǎn)、特征線和特征面等數(shù)據(jù)生成三角網(wǎng)，進(jìn)行高程內(nèi)插處理，按照區(qū)域生成大范圍區(qū)域的DEM。

2.4 生成DOM

利用生成的DEM模型，通過(guò)反解算法數(shù)據(jù)微分糾正，采用雙線性內(nèi)插或三次卷積內(nèi)插法分區(qū)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的影像進(jìn)行重采樣，通過(guò)自動(dòng)生成的鑲嵌線對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的模型正攝影像進(jìn)行無(wú)縫拼接。航攝過(guò)程中出現(xiàn)的相片色差，會(huì)導(dǎo)致生成的正攝影像色彩不一致、亮度不均勻，需要選取幾個(gè)有代表性的圖幅，對(duì)影像圖進(jìn)行勻色，分析效果，調(diào)整出一幅符合整個(gè)測(cè)區(qū)顏色信息的標(biāo)準(zhǔn)樣圖。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣圖，對(duì)測(cè)區(qū)正攝影像進(jìn)行全自動(dòng)色彩調(diào)整和平衡處理，確保最終DOM的整體色彩均勻一致、色調(diào)正常、影像紋理清晰。

3 生產(chǎn)數(shù)字線劃圖

無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)數(shù)字線劃圖的生成，主要是基于航測(cè)后處理軟件生成的DOM、DTM等數(shù)據(jù)信息來(lái)采集地物、地貌、高程等地理信息數(shù)據(jù)，目前運(yùn)用航測(cè)手段采集地理信息數(shù)據(jù)的方法主要有兩種：一是通過(guò)正攝影像直接采集，二是通過(guò)立體測(cè)繪的形式采集。

3.1 直接采集

通過(guò)正攝影像直接采集的方式主要是利用了數(shù)字正攝影像TIF文件本身帶有正確的坐標(biāo)信息和與實(shí)際相符的正確的比例因子，具體思路是將TIF影像文件導(dǎo)入CASS制作底圖，通過(guò)對(duì)影像底圖的判別，再運(yùn)用常規(guī)的做圖習(xí)慣來(lái)采集數(shù)據(jù)。由于CASS普及廣泛，所以此種方法對(duì)作業(yè)人員來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單易學(xué)、上手快，采集數(shù)據(jù)速率高；缺點(diǎn)是對(duì)個(gè)別地物、地貌的判別不準(zhǔn)確，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤地理信息，如陡坎、管線設(shè)施、井等地理信息數(shù)據(jù)。

3.2 立體測(cè)繪

立體測(cè)繪就是對(duì)物體表面進(jìn)行全面測(cè)繪，能直觀地觀察到地物、地貌的實(shí)際情況，猶如身臨其境，本文以Ste?reoCAD為例來(lái)加以說(shuō)明。

StereoCAD是APS攝影測(cè)量軟件的三大擴(kuò)展模塊之一，是一款為智能現(xiàn)代化無(wú)人機(jī)立體視覺(jué)圖像的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的軟件，具有活躍的立體感知能力，同時(shí)還有高級(jí)CAD命令，可以同CAD數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集前可在StereoCAD中定義添加幾個(gè)圖層用于存儲(chǔ)不同的地理數(shù)據(jù)信息，再定義幾個(gè)快捷鍵命令來(lái)用于對(duì)信息的快速提取，最后即可配戴上立體眼鏡對(duì)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

針對(duì)正攝影像直接數(shù)據(jù)采集的方法與立體測(cè)繪數(shù)據(jù)采集的方法出現(xiàn)的問(wèn)題，可以將兩者結(jié)合以彌補(bǔ)各自的不足。正攝影像直接數(shù)據(jù)采集的方法可以用于對(duì)房屋、道路、地類界等易于判別的地理數(shù)據(jù)信息的采集；對(duì)于不易判別的地理數(shù)據(jù)，如管線設(shè)施、陡坎、個(gè)別坑塘的高程信息等，可以用立體測(cè)繪的方法來(lái)采集。只需將線要素或點(diǎn)要素采集出來(lái)，再通過(guò)與CASS數(shù)據(jù)的互交換，在CASS中將其符號(hào)化，從而完成數(shù)字線劃圖。

4 實(shí)例測(cè)試

4.1 外業(yè)采集

本測(cè)區(qū)南北長(zhǎng)約5km，東西長(zhǎng)約3km，地勢(shì)平坦、交通便利，外業(yè)采用膩?zhàn)臃廴鍪志€或噴漆噴涂相結(jié)合的方法制作像控點(diǎn)地標(biāo)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK采集像控點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)區(qū)大小布設(shè)像控點(diǎn)42個(gè)。

相片數(shù)據(jù)的獲取采用飛馬F1000無(wú)人機(jī)，測(cè)控半徑10km，續(xù)航時(shí)間約1h，相機(jī)采用索尼α5100數(shù)碼相機(jī)，有效相素2430萬(wàn)。根據(jù)測(cè)區(qū)狀況，采用無(wú)人機(jī)管家布設(shè)航線，航高350m，地面分辨率6.8cm，整個(gè)測(cè)區(qū)共飛行3個(gè)架次。

4.2 數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)航片數(shù)據(jù)采用Pix4D軟件進(jìn)行空三處理，生成正射影像、DOM及點(diǎn)云數(shù)據(jù)等，采用分幅后的正射影像圖作為底圖，對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的平面信息進(jìn)行直接采集，如道路、房屋、地類界等信息。陡坎、線桿等信息在正射影像上辨別不準(zhǔn)的情況下，可采用立體測(cè)繪的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要采用APS軟件的StereoCAD模塊生成立體測(cè)繪數(shù)據(jù)，佩戴立體眼鏡對(duì)在正射影像上無(wú)法辨別的地物、地貌進(jìn)行信息采集。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)測(cè)試，采用正射影像直接采集與立體測(cè)繪相結(jié)合的方法，不僅滿足了生產(chǎn)的需要，還大大提高了生產(chǎn)效率，減少了生產(chǎn)成本。但在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)用中也會(huì)有一些不足，如由于地表有遮擋或雜草過(guò)多等情況會(huì)出現(xiàn)高程信息不準(zhǔn)確的問(wèn)題，管線設(shè)施的類型判斷不準(zhǔn)確，建筑物過(guò)高生成的DOM有變形、扭曲，不利于精確提取地理數(shù)據(jù)信息等，還需要現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)測(cè)、調(diào)繪來(lái)暫時(shí)解決這些問(wèn)題。隨著航空攝影測(cè)量后處理軟件、航測(cè)相機(jī)、機(jī)載雷達(dá)等無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)軟、硬件不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)及設(shè)備不斷完善，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)將會(huì)為測(cè)繪行業(yè)乃至其他行業(yè)提供更加精確、清晰的數(shù)據(jù)信息。

［1］畢凱，李英成，丁曉波，等.輕小型無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2015（3）：27-31.

［2］胡小峰，王建華.無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2015（8）：25-33.

Discussion on Aerial Digital Production Line Drawing Based on UAV

Jia Lu1Jia Ying2
（1.Henan Water Engineering Surveying Limited Company，Zhengzhou Henan 450008；2.Henan Technical College of Construction，Zhengzhou Henan 450064）

This paper introduced the general process of aerial surveying based on the unmanned aerialvehicle(UAV) and a few key points of data processing in office.According to the actual operation situation,proposed a method that produced DLG by extracting geographic information data by DOM and the stereo mapping.

unmanned aerial vehicle；aerial surveying；DLG；stereomapping

P231

A

1003-5168（2017）08-0014-02

2017-07-03

賈路（1987-），男，碩士，助理工程師，研究方向：攝影測(cè)量與遙感。