無人機(jī)低空攝影測量在城市測繪保障中的應(yīng)用前景探討

牛峰 耿召吉

摘要：在我國航空技術(shù)不斷進(jìn)步和完善的基礎(chǔ)上，為我國無人機(jī)低空攝影技術(shù)的推廣和運(yùn)用提供了支持，在具體的城鎮(zhèn)地籍測量工作中使用無人機(jī)低空攝影技術(shù)已經(jīng)是很普遍的現(xiàn)象，該技術(shù)的使用，為城鎮(zhèn)地籍測量工作的效率和質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；低空攝影測量；城市測繪保障；應(yīng)用

1無人機(jī)選擇

考慮到大型航攝平臺(tái)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，無人機(jī)低空攝影測量最常用到的空中操作平臺(tái)是固定翼和多旋翼無人機(jī)。固定翼無人機(jī)起降場地要求高。飛機(jī)包裝箱大不方便外業(yè)運(yùn)輸、固定翼操作學(xué)習(xí)復(fù)雜，飛行遠(yuǎn)，危險(xiǎn)系數(shù)高不適合該項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，而多旋翼輕小型無人機(jī)具有可在空中懸停、航速較慢、起飛和著陸方便，對場地沒有特殊要求、成本低、機(jī)動(dòng)性高等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了其在許多領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。多旋翼輕小型無人機(jī)應(yīng)用于低空攝影測量領(lǐng)域，也是近年來攝影測量的一大研究熱點(diǎn)。但是由于該種無人機(jī)存在容積小、有效荷載小等特點(diǎn)，只能攜帶體積較小的非量測性普通攝影機(jī)，并且穩(wěn)定性差、受外界環(huán)境影響大。相對于傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)來說，想要利用輕小型無人機(jī)達(dá)到高精度的測量結(jié)果基本上是不可能的。因此在實(shí)驗(yàn)中我們只利用這種多旋翼輕小型無人機(jī)進(jìn)行面積測量，同時(shí)為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，在實(shí)驗(yàn)中我們采用兩種不同價(jià)位的多旋翼無人機(jī)，騰云智航IflyD6（22萬）和大疆Phantom4pro（1.5萬），其中騰云智航IflyD6在飛行高度、抗風(fēng)能力、相機(jī)像素上相對于大疆都有比較大的優(yōu)勢。

2無人機(jī)低空攝影測量數(shù)據(jù)處理流程

在無人機(jī)攝影技術(shù)不斷進(jìn)步和完善的基礎(chǔ)上，目前，在自動(dòng)空三技術(shù)不斷完善的基礎(chǔ)上，在影響匹配技術(shù)不斷完善的基礎(chǔ)上，在海星影響處理技術(shù)不斷完善的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)攝影像處理軟件的種類也越來越豐富，例如：德國的Inpho系統(tǒng)等等。無人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理具體來說，就是在攝影技術(shù)的幫助下，取得有關(guān)信息，在參數(shù)精化的幫助下，在DEM/DOM方法的幫助下，將信息處理工作落實(shí)到位。其實(shí)際的工作程序是，首先要完成數(shù)據(jù)的收集工作，接著利用數(shù)據(jù)平臺(tái)，有效的緩存GPS/POS數(shù)據(jù)，有效的緩存影像數(shù)據(jù)，同時(shí)要做好數(shù)據(jù)的處理工作，接著將數(shù)據(jù)的智能匹配工作落實(shí)到位，在光束法區(qū)域網(wǎng)平差方法的幫助下，完成數(shù)據(jù)的匹配工作，并且要完成數(shù)據(jù)的平差計(jì)算工作，最終確定影像內(nèi)部和外部的方位情況。合理的分析內(nèi)部要素，合理的分析外部要素，在此前提下，在密集匹配技術(shù)的幫助下，取得三維DSM云點(diǎn)，做好DSM數(shù)據(jù)的處理工作，最后獲取規(guī)格格網(wǎng)的DEM。

3無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)在城鎮(zhèn)地籍測量中的應(yīng)用

3.1試驗(yàn)概況

某鄉(xiāng)鎮(zhèn)為試驗(yàn)位置，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)東邊區(qū)域到西邊區(qū)域的長度是800米，南部區(qū)域到北部區(qū)域的長度是600米，從實(shí)驗(yàn)最終的目標(biāo)出發(fā)，要攝影該鄉(xiāng)鎮(zhèn)主道路的東部位置。

3.2像控制點(diǎn)測量與布置

在實(shí)際的航拍過程中，要明確像控制點(diǎn)，確保像控制點(diǎn)的位置地勢平緩，同時(shí)不存在高大的建筑物，以防止影響攝影的精度，像控制點(diǎn)附近的交通方便，并且和強(qiáng)電磁輻射源保持著一定的距離，要使電位設(shè)置超過五度重疊。在該試驗(yàn)的地方，要在區(qū)域網(wǎng)法的幫助下，將像控制點(diǎn)的設(shè)置工作落實(shí)到位，順著航線的朝向，設(shè)置像控制點(diǎn)，要使相鄰的兩個(gè)像控制點(diǎn)的間隔為200米。一般在地勢平緩的位置設(shè)置點(diǎn)位。要使用藍(lán)色油漆，或者使用黃色油漆，將點(diǎn)位位置標(biāo)識(shí)出來。在CORS網(wǎng)絡(luò)RTK的幫助下，將點(diǎn)位的空間位置的測繪工作落實(shí)到位，同時(shí)要反復(fù)測繪各個(gè)像素點(diǎn)，要處理不超過3厘米的測繪值，一般是計(jì)算其平均值。

3.2.1空三加密精度

空三加密精度的計(jì)算如下所示：其中，m控是控制點(diǎn)的中誤差；m公是區(qū)域網(wǎng)內(nèi)公共點(diǎn)的中誤差；d是公共點(diǎn)位置毗鄰的較差；n是評估正確度的點(diǎn)數(shù)。

3.2.2提升DLG精度的方法

在具體的試驗(yàn)過程中，首先要收集外業(yè)點(diǎn)，并且使該外業(yè)點(diǎn)具有一定的特點(diǎn)，在測圖工作站內(nèi)部引進(jìn)該外業(yè)點(diǎn)，在立體模型的幫助下，要有效的觀測地物和點(diǎn)位相互之間的聯(lián)系，從而使得測繪人員能夠正確的找出位置，接著開展DLG測量工作，要嚴(yán)格的控制光標(biāo)切準(zhǔn)的誤差，一般要將誤差控制在8cm以下，位1圖形定位的準(zhǔn)確度提供保障。

4城市測繪保障應(yīng)用無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)的前景

與其他航測技術(shù)相比，無人機(jī)低空攝影測量系統(tǒng)具有分辨率高、視角寬及續(xù)航時(shí)間長等鮮明技術(shù)特點(diǎn)及機(jī)動(dòng)靈活、操作方便、自動(dòng)化水平高及低成本等應(yīng)用優(yōu)勢，適用于高分辨率低空近景攝影測量，尤其是重點(diǎn)區(qū)域及高危區(qū)域遙控航攝，不止是負(fù)責(zé)百平方千米量級測區(qū)1：500至1：10000大比例尺測圖任務(wù)最為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段，更是滿足用戶高效率、高分辨率及時(shí)效性測繪應(yīng)急保障任務(wù)需求的航攝技術(shù)[5]。同時(shí)，無人機(jī)低空攝影測量具有現(xiàn)勢性高、面積小、比例尺大及像素清晰等鮮明特點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感技術(shù)及普通航空攝影不可或缺的補(bǔ)充技術(shù)。

無人機(jī)低空攝影測量不止能為DLG產(chǎn)品、高精度DEM格網(wǎng)、制作重點(diǎn)地區(qū)正射影像及生產(chǎn)大比例尺影像地圖提供高分辨率清晰影像數(shù)據(jù)源，更能滿足城市信息化建設(shè)獲取大比例尺基礎(chǔ)性地理空間數(shù)據(jù)的需求。同時(shí)，受技術(shù)水平限制，無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)數(shù)據(jù)處理存在低空飛行器影像重疊度規(guī)則不足、傾角過大、像片數(shù)量過多及像幅過小等問題難以實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)及選取影像匹配全自動(dòng)連接點(diǎn)。近幾年來，在影像匹配技術(shù)、自動(dòng)空三技術(shù)及海量影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)日趨成熟的大背景下，無人機(jī)低空影像數(shù)據(jù)處理軟件類型不斷豐富，例如：Inpho系統(tǒng)、PixelFactory系統(tǒng)及DPGrid系統(tǒng)等，初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理。伴隨建設(shè)信息化城市進(jìn)程不斷深化，全新規(guī)劃及實(shí)施改造的城區(qū)對于所處區(qū)域及影響范圍內(nèi)強(qiáng)現(xiàn)勢性、高分辨率、大比例尺及高精度網(wǎng)格數(shù)字測繪產(chǎn)品較為缺乏。雖然已發(fā)射高分辨率衛(wèi)星影像分辨率達(dá)到0.5米級，但是無法滿足1：500至1：12000大比例尺成圖要求，而無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)側(cè)重于為重點(diǎn)區(qū)域提供數(shù)字線劃圖DLG、數(shù)字柵格圖DRG、高精度數(shù)字高程模型DEM、正射影像DOM及高分辨率航攝像片等測繪產(chǎn)品。同時(shí)，由于無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)所獲取影像分辨率高，經(jīng)攝影測量處理后正射影像已成為處理應(yīng)急指揮任務(wù)及規(guī)劃任務(wù)的一手資料，并且應(yīng)用無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)能獲取城市及重點(diǎn)區(qū)域多角度高分辨率遙感影像，切實(shí)解決普通航攝技術(shù)及地面攝影技術(shù)無法拍攝的死角問題。

此外，值得注意的是，在城市測繪工作過程中，三維建模技術(shù)的應(yīng)用也是一大熱點(diǎn)。以基于傾斜攝影與3dsMax插件開發(fā)技術(shù)的建筑物快速建模為例，首先把獲取的影像進(jìn)行空中三角量測，進(jìn)一步獲取高精度的外方位元素；然后，由3dsMax插件，以所提供的外方位元素為依據(jù)，同時(shí)結(jié)合共線方程，使基于傾斜影像的建筑物多片立體量測得到有效實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步把所測得的數(shù)據(jù)輸入到3dsMax平臺(tái)，使三維模型得到有效生成；完成上述作業(yè)之后，以三維信息為依據(jù)，將模型每個(gè)面在影像上相應(yīng)的最優(yōu)化紋理信息提取出來，然后使紋理自動(dòng)映射得到有效實(shí)現(xiàn)，最終輸出模型。

總之，通過本文探究，認(rèn)識(shí)到作為新型攝影測繪技術(shù)，無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)性、快速性、靈活性及機(jī)動(dòng)性等應(yīng)用優(yōu)勢，是負(fù)責(zé)百平方千米量級測區(qū)大比例尺測圖任務(wù)最為經(jīng)濟(jì)高效的技術(shù)方法，能滿足城市建設(shè)高分辨率、高效率及準(zhǔn)確性測繪保障任務(wù)的需求，對于城市測繪保障具有不可比擬的積極作用，為加快城鄉(xiāng)一體化建設(shè)進(jìn)程及建設(shè)智慧型城市、數(shù)字化城市作出杰出貢獻(xiàn)。

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