無人機航攝系統(tǒng)測繪大比例尺地形圖應(yīng)用分析

楊忠濤

摘 要：無人機是在20世紀(jì)70年代所誕生的，早期主要是應(yīng)用于軍事活動，后來其技術(shù)逐漸應(yīng)用到了科研與民用領(lǐng)域。在測繪領(lǐng)域中引用無人機技術(shù)，并將無人機技術(shù)與航空攝影測量技術(shù)結(jié)合，加上非量測數(shù)碼相機的發(fā)展，成為了測繪領(lǐng)域發(fā)展的一個新方向。無人機航攝技術(shù)在測繪領(lǐng)域應(yīng)用過程中具有簡便、靈活以及經(jīng)濟(jì)等特點，因而這種技術(shù)逐漸受到了測繪領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。該次主要針對無人機航攝系統(tǒng)在測繪大比例尺地形圖中的技術(shù)路線進(jìn)行分析研究，同時針對無人機航攝系統(tǒng)的測繪成果進(jìn)行評估分析。

關(guān)鍵詞：無人機 航攝系統(tǒng) 測繪

中圖分類號：P231.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0062-02

大比例尺地形圖的傳統(tǒng)測繪過程中，主要是采用靜態(tài)GLASS測量技術(shù)，先布設(shè)首級控制網(wǎng)，接著采用GLASS RTK與全站儀結(jié)合來進(jìn)行碎部測量。傳統(tǒng)的測繪方法是測繪人員到達(dá)各個測繪點，逐點采集數(shù)據(jù)進(jìn)行測繪，不僅進(jìn)度緩慢，部分險峻的地形難度也很高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機航測是一種新型的低空遙感監(jiān)測技術(shù)，具有靈活性強、精準(zhǔn)度高、成本低以及操作簡便等優(yōu)點，對于多云、多霧以及人力難以到達(dá)的地區(qū)，采用無人機航攝技術(shù)能夠更方便、準(zhǔn)確地完成地形的繪制，因此，這種技術(shù)也逐漸成為了繪制大比例尺地形圖的重要技術(shù)之一[1]。該次主要對無人機航攝系統(tǒng)的測繪特點以及在大比例尺地形圖中的測繪方法進(jìn)行分析，希望對我國的測繪工作有所幫助。

1 無人機航攝測繪的特點

1.1 像幅與基高比小

在傳統(tǒng)的航空攝影中一般都是采用23 cm×23 cm與18 cm×18 cm兩種規(guī)格的膠片，膠片的大小與像幅有直接聯(lián)系。無人機航攝系統(tǒng)中所使用的是非量測數(shù)碼相機，這種數(shù)碼相機的像幅大小通常僅為36 mm×24 mm，因此，在采用無人機進(jìn)行航攝工作時，像幅與基高比都會變小。同時因為數(shù)碼相機所拍攝的像幅比較小，要拍攝完整體需要測繪的區(qū)域一般需要拍攝的量比較大，所以，在圖片處理過程中的工作量也會增大很多。

1.2 姿態(tài)不穩(wěn)定

無人機在進(jìn)行航攝作業(yè)的過程中，容易受到氣流的干擾，姿態(tài)不夠穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的航空攝影中一般是采用大型的飛機，大型飛機在飛行過程中不容易受氣流的影響。在相同的天氣狀況下，傳統(tǒng)航空攝影的姿態(tài)角一般在30 °以內(nèi)，航向的重疊度一般能夠達(dá)到60%，并且旁向的重疊度也只是達(dá)到30%。在小型無人機進(jìn)行航拍的過程中，姿態(tài)角一般能夠達(dá)到100 °甚至更大，為了保證航攝的質(zhì)量與圖像的精準(zhǔn)度，必須要航向的重疊度增加，一般航向的重疊度要達(dá)到70%～85%，而旁向的重疊度也要達(dá)到33%～55%[2]。

2 技術(shù)路線

2.1 航空攝影

采用無人機進(jìn)行航空攝影的過程中，需要硬件設(shè)備、影響處理系統(tǒng)以及信息分析系統(tǒng)，其中硬件設(shè)備主要包括無人機飛行平臺、無人機的飛行控制裝置、地面監(jiān)控系統(tǒng)、遙感任務(wù)設(shè)備、姿態(tài)采集系統(tǒng)以及任務(wù)設(shè)備穩(wěn)定裝置等；影像處理系統(tǒng)主要包括DEM、DOM以及影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等；信息分析系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)的提取分析、數(shù)據(jù)的管理與檢索等。在航拍時根據(jù)項目的相關(guān)要求以及成圖的比例尺來確定地面法分辨率，然后確定無人機的航高進(jìn)行航攝作業(yè)。

2.2 像片控制

在無人機航攝測繪大比例尺地形圖的過程中，像片的控制是其中的重要步驟，一般像控點在航線上需要進(jìn)行10～15條基線來布置，而旁向方面則安排2～4條基線進(jìn)行布設(shè)。通過布設(shè)像控點便能夠控制成圖的范圍，避免出現(xiàn)漏洞。在布設(shè)像控點的過程中盡量安排在航向與旁向中有5～6張的重復(fù)像片內(nèi)，布設(shè)結(jié)束后要繪制出相應(yīng)的布點示意圖進(jìn)行保存。在像片控制過程中，還需要進(jìn)行像控點測量。像控點坐標(biāo)的測量一般可以使用全站儀或者RTK等儀器來進(jìn)行測繪，根據(jù)地形圖的測繪要求來控制像控點的精度。

2.3 圖像預(yù)處理

無人機在航攝過程中所使用的數(shù)碼相機像幅比較小，因此需要良好的圖像預(yù)處理技術(shù)才能夠保證測量的精確度。一般沒有經(jīng)過處理的航攝影像畸變差都比較大，這些圖片很難在后續(xù)測量處理工作中應(yīng)用。在對拍攝的影像進(jìn)行空三加密前需要進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理來調(diào)整影像的畸變差。一般情況下都是無人機平臺上的數(shù)碼相機鑒定報告，采用DP Grid系統(tǒng)來調(diào)整影像的畸變差，DP Grid系統(tǒng)內(nèi)存有小像幅影像畸變差校正模塊，能夠快速調(diào)整無人機所拍攝的小像幅圖片畸變差[3]。

2.4 DEM與DOM制作

DEM的制作主要是根據(jù)預(yù)處理后的圖片對無人機航攝的原始影像進(jìn)行重樣采集先生成核線影像，接著DP Grid系統(tǒng)會對三維離散點自動匹配而生成航攝區(qū)內(nèi)的DSM，將DSM自動濾波之后就能夠生成DEM，剛生成的DEM會受到實際地形物以及人工操作的影響，實際的地形中包含了水體、樹木以及其他的陰影部分，因此還需要對DEM進(jìn)一步人工編輯來提升DEM的精準(zhǔn)度。

DOM會在DP Grid系統(tǒng)中自動生成，一般DP Grid系統(tǒng)會將得到的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，接著進(jìn)行影像勻光與勻色處理、色調(diào)均衡處理、DOM鑲嵌處理以及DOM的糾正處理，最后系統(tǒng)會自動生成初步DOM。系統(tǒng)自動生成的DOM還需要經(jīng)過人工的進(jìn)一步編輯，比如DOM中的顏色需要根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，相關(guān)的線條也要經(jīng)過相應(yīng)的幾何處理，最后根據(jù)人工編輯處理后的DEM來糾正DOM，從而完成整個航攝區(qū)域的地形圖繪制。

3 實例分析

3.1 項目概況

該次測繪主要針對山西某煤礦區(qū)域完成1∶2 000的地形圖更新測量，并且需要完成生產(chǎn)礦區(qū)內(nèi)1∶5 000的正射影像圖以及DEM，礦區(qū)的面積為20.981 4 km2，測繪的面積需要往外擴(kuò)大200 m，因此測繪的總面積為25.668 km2，項目按照國家統(tǒng)一的測繪標(biāo)準(zhǔn)完成。

3.2 影像成果

通過對該地形采用無人機航攝系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)路線測繪后，將最終處理后的影像交由專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行評估。通過評估后的結(jié)果為，無人機航攝系統(tǒng)所處理后的正射影像非常的清晰，且層次鮮明、反差適中，影像的色彩鮮艷且均勻，與實際地形中的地物色差層次基本一致，滿足了地形圖測繪中影像的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 地形圖成果質(zhì)量

在該次的無人機航攝過程中，主要是采用高程二次定向來完成航攝，這樣可以控制高程誤差、提升航測的精度。通過相應(yīng)的技術(shù)人員對繪制的地形圖評估發(fā)現(xiàn)，地形圖中的高程點位與數(shù)量都符合標(biāo)準(zhǔn)，且表達(dá)也很準(zhǔn)確，地形圖精度統(tǒng)計如表1所示，繪制地形圖的平面與高程精度全都符合1∶2 000的地形圖要求。

4 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在測繪領(lǐng)域中可以應(yīng)用到越來越多的先進(jìn)技術(shù)，比如衛(wèi)星遙感技術(shù)、航空攝影技術(shù)、計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及各種影像處理技術(shù)等，這些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)不斷在為測繪行業(yè)注入活力。通過該次的研究可以了解到，無人機航攝系統(tǒng)在大比例尺地形圖的繪制中有很大優(yōu)勢，所得到的測繪成果也能夠滿足地形圖測繪的相關(guān)要求。但無人機航攝系統(tǒng)在測繪過程中也有一定的缺陷，比如：測繪區(qū)域內(nèi)的地下管道、光纜等隱蔽設(shè)施，無人機在航攝時無法提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。因此建議在大比例尺地形圖的繪制中，可以通過無人機測繪與傳統(tǒng)測繪相結(jié)合的方式來進(jìn)一步提升地形圖的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 焦旭.航空攝影測量在礦區(qū)1∶2 000地形圖測繪中的應(yīng)用研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015（3）：105-109.

[2] 賴國琛.低空無人機數(shù)字航空攝影在大比例尺數(shù)字化地形圖中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2015（12）：71-72.

[3] 葉子偉.基于無人航攝制作小城鎮(zhèn)大比例尺DOM[J].地理空間信息，2015（5）：32-34.