無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用探究

史文旭

河北省制圖院，河北石家莊 050031

無人機(jī)測繪技術(shù)是綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)和可視化技術(shù)等，進(jìn)行測繪工作的高新技術(shù)。這一技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生的測繪結(jié)果是非常精確的，而且無人機(jī)測繪具有靈活性和機(jī)動性，是傳統(tǒng)測繪技術(shù)不可比擬的。無人機(jī)測繪的精準(zhǔn)度和測繪效率的提高，對于測繪行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。而且無人機(jī)測繪的成本較低，不受外界多數(shù)因素干擾，降低了傳統(tǒng)測繪人工的使用率。以上多種優(yōu)勢促成了采用無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用。

1 無人機(jī)測繪技術(shù)概述

無人機(jī)的動力系統(tǒng)在測繪復(fù)雜地理區(qū)域的地形上具有技術(shù)優(yōu)勢，包括工程中所經(jīng)過的區(qū)域山川、密布的河流，利用電源系統(tǒng)采用了新型的太陽能、鋰電池等續(xù)航能力較長的系統(tǒng)功能；無人機(jī)的攝像系統(tǒng)保證了畫面的清晰度、續(xù)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長時間的懸停功能，同時，無人機(jī)采用了飛行控制軟件系統(tǒng)中的地面導(dǎo)航系統(tǒng)，建成了導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫、經(jīng)過對航線的規(guī)劃后，保證了無人機(jī)的巡航的準(zhǔn)確度。使用應(yīng)急搶險檢測車為載體，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，能夠完全獨(dú)立完成跟蹤、控制和回收。使用高程信息數(shù)據(jù)庫等用于測繪工作選用，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將飛行中采集到的數(shù)據(jù)傳輸回地面，進(jìn)行無人機(jī)位置的自動漫游的追蹤任務(wù)。還有視頻采集系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)等搭建的平臺。無人機(jī)借助無線電遙控裝備，配備了程序控制裝置，根據(jù)平臺構(gòu)型分類，完成了數(shù)據(jù)傳輸、導(dǎo)航、飛行等系列任務(wù)。

無人機(jī)分為固定翼和旋翼兩種，均可應(yīng)用在航空圖像獲取和處理等領(lǐng)域。旋翼要求對空開闊，垂直起降，姿態(tài)平穩(wěn)，在空曠場地就能夠起飛，一般具備圖傳系統(tǒng)，可以實(shí)時監(jiān)察攝像機(jī)采集到的信息。固定翼的特點(diǎn)是需要地面開闊，用于起降?？癸L(fēng)較差，執(zhí)行完任務(wù)后，需要進(jìn)行續(xù)航系統(tǒng)充電，方可持續(xù)的執(zhí)行任務(wù)的能力[1]。

2 無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

（1） 無人機(jī)使用三維視圖可以重現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)域中的各個建筑、設(shè)施、預(yù)制場地，并對上述地點(diǎn)、位置等進(jìn)行預(yù)估計(jì)，各類系統(tǒng)的集成還能對工程進(jìn)度進(jìn)行跟蹤和觀測，實(shí)現(xiàn)全面的航測并進(jìn)行圖像處理、導(dǎo)航遙感、網(wǎng)絡(luò)集成。例如，某項(xiàng)目中的區(qū)域測繪，采用無人機(jī)進(jìn)行了運(yùn)距和石料等規(guī)模的初步分析和評估，對于土場和石料廠進(jìn)行了航拍，無人機(jī)的監(jiān)測范圍包含了進(jìn)度情況和安全隱患點(diǎn)的識別[2]。

表1 無人機(jī)區(qū)域航測某項(xiàng)目區(qū)域面積及航測時間

（2） 相機(jī)校驗(yàn)技術(shù)是無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一，對需要拆遷的房屋、樹木、路線走向等進(jìn)行了拍攝和識別。非量測相機(jī)的主距和主點(diǎn)的位置未知，且存在多種畸變，因此，需要進(jìn)行嚴(yán)格的校正，按照影像不能直接對像主點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行確定，對于地形圖的測量，必須內(nèi)定像?；儾钜话惴譃閺较蚧儾詈颓邢蚧儾顑煞N。作業(yè)中通常運(yùn)用室內(nèi)多像滅點(diǎn)的檢校法及自檢校法。室內(nèi)檢校需不同距離不同角度拍攝檢校墻若干張，帶入檢校軟件迭代運(yùn)算，如GODWORK。自檢校需將作業(yè)航片帶入空三軟件，Inpho、Pix4D進(jìn)行空三，根據(jù)相片間連接點(diǎn)與外方元素迭代運(yùn)算。依據(jù)畸變參數(shù)重新定義相機(jī)，再次空三能夠得到更高精度。也可將畸變參數(shù)帶入立體測量軟件，即可正?；謴?fù)立體，進(jìn)行線化圖立測。

（3） DOM指的是數(shù)字正射影像技術(shù)，例如無人機(jī)通過對航空相片的影像處理獲取高精度圖像，幫助公路養(yǎng)護(hù)管理以及應(yīng)急搶險實(shí)現(xiàn)了在線平臺的結(jié)合。由于無人機(jī)的數(shù)據(jù)采集的精度非常高，因此能夠?qū)崿F(xiàn)檢測對象的三維視圖重現(xiàn)，采用無人機(jī)的幾何參數(shù)測量、掃描路面精細(xì)度、測量平整度、車轍掃描、對病害進(jìn)行識別和分類評級等功能，單就無人機(jī)對路面檢測，可以為公路養(yǎng)護(hù)提供全面準(zhǔn)確的參考。一旦公路出現(xiàn)了塌崩、滑坡等情況及時進(jìn)行追蹤，將數(shù)學(xué)關(guān)系加以計(jì)算，形成數(shù)字正射影像。在道路應(yīng)急搶險方面，一般采用的方法包含了正和反的解法。將災(zāi)害等情況實(shí)現(xiàn)了圖像資料的可視化，為應(yīng)急力度和強(qiáng)度的預(yù)判提供了依據(jù)[3]。技術(shù)重點(diǎn)是數(shù)字高程模型的生成以及外方位元的計(jì)算，DOM生成之后，使用模塊進(jìn)行像片的鑲嵌，用數(shù)字微分糾正像片中的內(nèi)定向參數(shù)。

（4） 一般連接點(diǎn)的提取是在軟件中完成的，采用最小二乘法和特征組合的先進(jìn)技術(shù)，利用全自動的處理方法對點(diǎn)進(jìn)行選擇、變換和量測。自動連接點(diǎn)的提取是經(jīng)過全自動選取的，連接點(diǎn)的提取加入了多重的重要參數(shù)，連接點(diǎn)的匹配利用綜合性的自動化整體測繪平差技術(shù)，是無人機(jī)測繪技術(shù)中的關(guān)鍵一步。內(nèi)部控制質(zhì)量的目的是圖像中的連接點(diǎn)能夠優(yōu)化，測量區(qū)域的圖像最終達(dá)到整體的測繪區(qū)域的連接點(diǎn)。進(jìn)行測繪的時候注意維護(hù)連接點(diǎn)的質(zhì)量，對于可能會出現(xiàn)影像的質(zhì)量不理想、航偏角過大等情況，經(jīng)過人工檢查糾正一些偏差，例如采用轉(zhuǎn)刺加密點(diǎn)和手動選點(diǎn)的方式，能夠獲取整體的點(diǎn)的連接信息[4]。

（5） 空中三角測量時利用外業(yè)測量的控制點(diǎn)，按照一定的數(shù)學(xué)模型，對覆蓋區(qū)域內(nèi)的數(shù)百個控制點(diǎn)進(jìn)行測量。測量作業(yè)過程中需要對所有的控制點(diǎn)以及每張像片的外方位元素進(jìn)行空中三角加密模塊的設(shè)置，例如，使用DATMatriX軟件，進(jìn)行模塊的完成，按照數(shù)字航空攝影測量的三角測量規(guī)范規(guī)定。對于野外控制點(diǎn)的平面位置和高程進(jìn)行測繪，應(yīng)采用多余像片控制點(diǎn)的中誤差進(jìn)行估算。

加密點(diǎn)對最近野外控制點(diǎn)平面位置和高程的誤差（m）

經(jīng)過相對定向和絕對定向的操作，空中三角測量即可完成。采用DATMatrix軟件執(zhí)行PATB模塊的運(yùn)行，利用光束發(fā)區(qū)域平差的算法進(jìn)行初次平差解算，檢查是否存在像片上的連接點(diǎn)沒有連接的問題，是否添加了補(bǔ)充連接點(diǎn)[5]。

（6） 在采集窗口上采集點(diǎn)位，按照點(diǎn)線面的要素要求，運(yùn)用系統(tǒng)的模塊選擇相應(yīng)的地物符號，測量地物處的標(biāo)志，進(jìn)行DLG工程的新建，設(shè)置好輪廓上的接點(diǎn)，進(jìn)行輪廓所有節(jié)點(diǎn)的依次完成。支持地物要素的內(nèi)插、轉(zhuǎn)換、裁剪、連接等處理技術(shù)，具備精度分析、數(shù)據(jù)檢查和拓?fù)錂z查等控制功能。例如對房屋的凹凸部位，依照比例尺進(jìn)行測繪，小于0.4mm的兩端有墻垛的部位可以舍去。測繪煙囪、主要道路上的物體的輪廓線等，應(yīng)測定其中心位置，由外業(yè)進(jìn)行性質(zhì)的調(diào)繪。對于獨(dú)立地物，如露天體育場分為有看臺和無看臺的，按照比例測定范圍并配置相應(yīng)符號[6]。

3 結(jié)語

無人機(jī)利用硬件系統(tǒng)總體架構(gòu)和軟件系統(tǒng)主要功能模塊進(jìn)行測繪技術(shù)的實(shí)施，擁有航攝技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢，采用合理的數(shù)據(jù)編輯和濾波算法，進(jìn)行遙感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測繪技術(shù)，采用的技術(shù)眾多，利用無人機(jī)遙感系統(tǒng)獲取的影像數(shù)據(jù)采用平差處理之后，在精度和高程精度上均令人滿意。可以滿足地形圖的精度要求。

[1] 冉艷艷，劉歡，王家峰，等.基于PixelGrid的無人機(jī)影像DEM精度評價[J].江蘇科技信息，2017（3）：60-61.

[2] 張倩，郜海峰.無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（33）：297-297，2663.

[3] 左志權(quán)，王柯，劉正軍，等.無人機(jī)多傳感器數(shù)據(jù)幾何后處理框架設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制[J].遙感信息，2014（ 5）：32-36.

[4] 衣峻.無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用探究[J].中小企業(yè)管理與科技，2017（ 31）：158-159.

[5] 羅東山，何軍，崔立水，等.無人機(jī)空中激光掃描測繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2015（10）：175-177.

[6] 姜會義，張學(xué)珍，張學(xué)萍，等.車載無人機(jī)在測繪應(yīng)急保障中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2016（ 7）：171-172，178.