無(wú)人機(jī)在“一河一策”項(xiàng)目中的應(yīng)用

王碩 曹群

【摘要】通過(guò)采用飛馬F300型無(wú)人機(jī)對(duì)我市多條河流的“一河一策”工程進(jìn)行低空拍攝生成高分辨率的正射影像圖（DOM），獲取大量準(zhǔn)確可信的、豐富的測(cè)繪成果，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)調(diào)查工作的多、快、好、省，為類(lèi)似工程提供了確實(shí)可行的方案。

【關(guān)鍵詞】一河一策；外業(yè)調(diào)查；無(wú)人機(jī)；正射影像圖

目前在全國(guó)范圍內(nèi)如火如荼的進(jìn)行“一河一策”項(xiàng)目，為了更好的完成項(xiàng)目，首先必須保證外業(yè)的第一手調(diào)查資料齊全、詳實(shí)、且保證其時(shí)效性?！耙缓右徊摺闭{(diào)查的主要內(nèi)容包括污染源、違規(guī)占河、違規(guī)采砂、堤防修建情況等。一條河，從源頭到匯流口，少則幾公里，多則上百公里，如何進(jìn)行？如何在有限的費(fèi)用內(nèi)及時(shí)有效的獲取大量準(zhǔn)確可信的、豐富的測(cè)繪成果，這是“一河一策”項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中面臨的難點(diǎn)之一。

針對(duì)我市“一河一策”項(xiàng)目，我們經(jīng)過(guò)對(duì)比論證，決定首先采用無(wú)人機(jī)對(duì)河道進(jìn)行低空拍攝、生成高分辨率的正射影像圖（DOM），然后在室內(nèi)對(duì)需要調(diào)查的內(nèi)容進(jìn)行判讀、確定和匯總，最后有針對(duì)性的進(jìn)行外業(yè)調(diào)查。

1、無(wú)人機(jī)航測(cè)優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，低空無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)以其周期短、效率高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、操作靈活、精度可靠等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是小范圍數(shù)據(jù)獲取和應(yīng)急測(cè)繪等方面。而針對(duì)“一河一策”項(xiàng)目，無(wú)人機(jī)航測(cè)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）河道位置分散，但實(shí)際所需要的范圍僅限于河道及其外圍數(shù)百米范圍內(nèi)。因此如果采用有人機(jī)大面積航測(cè)則成本費(fèi)用高、同時(shí)空域申請(qǐng)難度大。而無(wú)人機(jī)因?yàn)槠淦鸾捣奖恪⒉皇芷痫w場(chǎng)地限制，因此更是適合作為“一河一策”項(xiàng)目的數(shù)據(jù)獲取手段。

（2）河道周邊地形復(fù)雜，傳統(tǒng)實(shí)測(cè)投入人員多，測(cè)繪周期長(zhǎng)。且現(xiàn)場(chǎng)只能拍攝近景照片，無(wú)法進(jìn)行整體判斷，不易管理后期成果。利用無(wú)人機(jī)航測(cè)，生成正射影像（DOM），能夠準(zhǔn)確判讀整體分布關(guān)系，同時(shí)通過(guò)后期測(cè)繪能夠分析污染源等的影響范圍。從而為河道的管理提供有效依據(jù)。

（3）無(wú)人機(jī)低空飛行，地面分辨率可以高達(dá)厘米級(jí)，圖面清晰易讀。

2、無(wú)人機(jī)航測(cè)方案介紹

2.1無(wú)人機(jī)的選擇

針對(duì)“一河一策”項(xiàng)目特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)的考察，我們基于以下原因選擇了飛馬F300型無(wú)人機(jī)：①該無(wú)人機(jī)的地面站軟件可以規(guī)劃彎道帶狀航線，而且操作簡(jiǎn)單；②標(biāo)配全畫(huà)幅、4200萬(wàn)像素相機(jī)，誤差??；③續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)90min；④無(wú)人機(jī)安全有足夠的保障措施。

2.2航測(cè)方案介紹

既要完成“一河一策”項(xiàng)目（提供正射影像圖），但又不能造成浪費(fèi)，本次無(wú)人機(jī)航測(cè)的最終成果是正射影像圖和地形圖，先期僅提供正射影像圖，待需要時(shí)補(bǔ)測(cè)野外像控點(diǎn)成地形圖。本次坐標(biāo)框架的數(shù)據(jù)采集利用的是遼寧省省網(wǎng)CORS設(shè)立基站，事前免像控直接航測(cè)。

以鷂鷹河為例介紹本次無(wú)人機(jī)的航線規(guī)劃及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。河道長(zhǎng)29km，河寬135m，丘陵地貌，上下游高差150m。測(cè)量寬度1000m，成果需滿足比例尺1：1000地形圖的要求。

2.2.1航線規(guī)劃

結(jié)合飛馬F300型無(wú)人機(jī)的實(shí)際，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范，我們?cè)O(shè)計(jì)了4個(gè)起降架次，一天完成全部任務(wù)，各架次參數(shù)設(shè)置見(jiàn)下表。河道作為帶狀區(qū)域，在滿足測(cè)區(qū)范圍的前提下，航線設(shè)計(jì)為往復(fù)的“蛇行航線”方式，由地面站軟件的轉(zhuǎn)彎航線自動(dòng)生成功能來(lái)生成。需要注意的是當(dāng)河道轉(zhuǎn)彎角度較大時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)整，防止航測(cè)拍照時(shí)的橫滾角過(guò)大，對(duì)影像采集的質(zhì)量造成影響。在航線設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)采用無(wú)人機(jī)地面站自帶的三維瀏覽功能對(duì)航線進(jìn)行檢查。

2.2.2內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

影像數(shù)據(jù)處理包括如下內(nèi)容：

（1）原始影像航攝漏洞檢查，使用無(wú)人機(jī)地面站的智檢圖功能對(duì)航攝飛行影像數(shù)據(jù)進(jìn)行航攝空白區(qū)漏洞檢查，通過(guò)檢查，在測(cè)區(qū)及時(shí)決定是否進(jìn)行航攝補(bǔ)拍；

（2）影像畸變糾正處理，使用無(wú)人機(jī)地面站的智理圖功能對(duì)原始航攝影像進(jìn)行處理，通過(guò)處理消除影像的畸變差和主點(diǎn)偏移量；

（3）影像勻光勻色處理，使用無(wú)人機(jī)地面站的智拼圖功能下勻光勻色功能，對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行圖像處理，通過(guò)處理，消除成像條件（天氣條件、光照條件、硬件條件等）對(duì)數(shù)字影像的各類(lèi)影響；

（4）GPS輔助空中三角測(cè)量

GPS輔助空三解算軟件采用PIX4D自動(dòng)空中三角測(cè)量軟件處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一款自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、整體平差一體化的自動(dòng)空中三角測(cè)量軟件。通過(guò)該軟件進(jìn)行控制點(diǎn)加密解算，可獲取更高精度的像對(duì)定向點(diǎn)；空中三角測(cè)量，依據(jù)相關(guān)規(guī)范。相對(duì)定向標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)殘余上下視差限差不超過(guò)5u，檢查點(diǎn)殘余上下視差限差不超過(guò)8u，匹配點(diǎn)分布均勻，且點(diǎn)數(shù)不少于200個(gè)，模型連接平面位置較差不大于0.24m（像方0.03mm），高程較差不大于0.28m（0.02mm）。絕對(duì)定向基本定向點(diǎn)殘差、多余控制點(diǎn)不符值及區(qū)域網(wǎng)間公共點(diǎn)較差不超過(guò)下表規(guī)定。

2. 多余控制點(diǎn)不符值為加密點(diǎn)中誤差的1.25倍；

3. 區(qū)域網(wǎng)間公共點(diǎn)較差為加密點(diǎn)中誤差的2.0倍。

（5）數(shù)字正射影像（DOM）的制作

PIX4D軟件可自動(dòng)生成DOM，通過(guò)點(diǎn)云過(guò)濾功能，在生成與地面套合較好的TIN的基礎(chǔ)上制作正射影像，并使用勻光勻色軟件對(duì)整幅影像進(jìn)行色彩均衡處理。

3、成果展示

通過(guò)對(duì)正射影像圖的判讀，我們?cè)谑覂?nèi)很輕松地獲得河流的第一手資料，一目了然，避免了大量的外業(yè)工作。

5、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)大量的工程實(shí)踐表明，無(wú)人機(jī)航測(cè)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用大大提高了外業(yè)的速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，無(wú)人機(jī)測(cè)繪已經(jīng)成為應(yīng)急、快速等項(xiàng)目不可或缺的手段和明智的選擇。當(dāng)然，在無(wú)人機(jī)航測(cè)的工程中還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1）作業(yè)條件的要求。地面風(fēng)力4級(jí)以上，無(wú)人機(jī)降落困難；天空中風(fēng)力7級(jí)以上，無(wú)人機(jī)姿態(tài)不穩(wěn)精度難以滿足要求；選擇晴朗沒(méi)有霧霾的天氣作業(yè)。

2）作業(yè)時(shí)間的要求。盡量選擇在深秋、冬季和春季，避免植被覆蓋地面，也不要在雪后、雨后飛行；避開(kāi)早上和傍晚作業(yè)，盡量選擇在中午前后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)作業(yè)。

3）作業(yè)地點(diǎn)的要求。軍方機(jī)場(chǎng)、民用機(jī)場(chǎng)或一些建筑物地區(qū)半徑10km范圍內(nèi)是禁飛區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉寒.淺談數(shù)字正射影像產(chǎn)品的制作及應(yīng)用[J].北京測(cè)繪，2003，（04）：20-22+30.

作者簡(jiǎn)介：王碩（1983— ），女，遼寧省錦州人，工程師，從事水利工程測(cè)量工作。