無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的探析

楊志忠

（麗江春雨不動(dòng)產(chǎn)事務(wù)有限公司，云南 麗江 674100）

就目前而言，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在交通、國(guó)土管理、城市規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)中應(yīng)用普遍，分析技術(shù)優(yōu)點(diǎn)如下：一是便利性，不僅體積小，而且起降要求低；二是經(jīng)濟(jì)性，和常規(guī)的測(cè)量工作相比，利用無(wú)人機(jī)能減少人力、物力投入，降低作業(yè)成本；三是多功能性，在土地規(guī)劃、利用、監(jiān)測(cè)、整治等方面，均有較高的應(yīng)用價(jià)值。以下針對(duì)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的具體應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的組成

1.1 硬件系統(tǒng)

第一，機(jī)載系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)是航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的搭載平臺(tái)，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)，主要包括無(wú)人機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影、導(dǎo)航飛行控制、通信等子系統(tǒng)。工作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照預(yù)設(shè)航線自主飛行，完成預(yù)設(shè)的攝影測(cè)量任務(wù)，并將飛行高度、速度、狀態(tài)、氣象情況傳輸給地面監(jiān)控系統(tǒng)。

第二，地面監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)直接影響飛行平臺(tái)的運(yùn)行，包括計(jì)算機(jī)、飛行控制、電子通信、電臺(tái)等設(shè)備。無(wú)人機(jī)工作時(shí)，地面監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)接收無(wú)人機(jī)發(fā)出的信息，在地圖上標(biāo)記無(wú)人機(jī)的位置、高度、速度、路線等參數(shù)，方便操作人員了解無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)。

1.2 軟件系統(tǒng)

第一，航線設(shè)計(jì)軟件。該軟件決定了系統(tǒng)運(yùn)行的方向、精準(zhǔn)度，也是信息采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要求預(yù)先設(shè)定地形特點(diǎn)、作業(yè)范圍、測(cè)量參數(shù)、精度等指標(biāo)，依據(jù)行高、重疊度、地面分辨率，可以計(jì)算出飛行曝光點(diǎn)、基線長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)。

第二，數(shù)據(jù)接收處理軟件。該軟件是系統(tǒng)攝影測(cè)量外業(yè)的最后一步，關(guān)系到圖像的處理質(zhì)量。一般而言，無(wú)人機(jī)獲取地面影像時(shí)，會(huì)受到內(nèi)部、外界因素的影響，為了避免原始圖像處理時(shí)存在質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)對(duì)原始影像進(jìn)行預(yù)處理，例如圖像校正、圖像增強(qiáng)等。

2 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

以某次地形圖測(cè)繪工作為例，無(wú)人機(jī)上載有傾斜攝影系統(tǒng)。外業(yè)測(cè)量時(shí)風(fēng)力4級(jí)，航高為500m左右，分辨率為8cm，影像重疊度設(shè)置為航向80%、旁向60%。地形圖測(cè)繪目標(biāo)是DOM制作和DLG制作，比例尺均為1:1000。綜合分析測(cè)量工作特點(diǎn)，以及數(shù)據(jù)后期處理需要，采用分辨率高的影像數(shù)據(jù)一體化系統(tǒng)軟件PixelGrid。布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，采用區(qū)域布點(diǎn)法，取航向基線8-10條，旁向航線2條，拐點(diǎn)處再布設(shè)平高控制點(diǎn)。整個(gè)作業(yè)流程見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)人機(jī)航空攝影作業(yè)流程

地形圖測(cè)繪完成后，為了評(píng)估測(cè)繪精度，在像控點(diǎn)采集過(guò)程中，遵循均勻分布原則，選擇305個(gè)平高檢查點(diǎn)作為精度檢測(cè)對(duì)象。結(jié)果顯示，該地形圖在平面上的誤差為±25cm，滿足GB-T 7930-2008規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在土地規(guī)劃中的應(yīng)用

以某土地整治項(xiàng)目為例，位于重慶山地區(qū)，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，利用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)，作業(yè)流程如下：第一，收集地形圖、土地利用資料，檢查儀器設(shè)備，做好飛行準(zhǔn)備工作。第二，測(cè)區(qū)踏勘，確定大概測(cè)量范圍，在系統(tǒng)中設(shè)置測(cè)量區(qū)域和飛行路線，布設(shè)像控點(diǎn)，避開(kāi)樹(shù)木、建筑、電線等。

第三，外業(yè)攝影測(cè)量，在無(wú)人機(jī)上搭載攝影系統(tǒng)，低空飛行獲得測(cè)區(qū)影像資料，要求圖像清晰、色彩均勻、層次豐富，能真實(shí)表現(xiàn)地物信息。第四，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，利用PhotoScan圖形處理軟件，對(duì)影像進(jìn)行拼接和處理，找到像控點(diǎn)，對(duì)坐標(biāo)、高程進(jìn)行糾正、加密、修飾。

在土地整治的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：①高效?？紤]到重慶地區(qū)地形地勢(shì)復(fù)雜，傳統(tǒng)地形測(cè)量工作的開(kāi)展，完成1km2的測(cè)量范圍需要2人花費(fèi)3天～4天。②直觀。該系統(tǒng)的應(yīng)用，能獲得測(cè)區(qū)全范圍的數(shù)字正射影像圖，由于圖像更加直觀，有利于工作人員分辨各種信息要素。依據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，向民眾征求意見(jiàn)時(shí)，能提高民眾的積極性，增強(qiáng)對(duì)土地整治的認(rèn)識(shí)度。③全面。繪制地形圖是土地整治的基礎(chǔ)，考慮到測(cè)量范圍廣，傳統(tǒng)測(cè)量工作難以適用，容易忽略部分溝渠、線路，繼而影響整治方案的設(shè)計(jì)。

4 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)在災(zāi)害防治中的應(yīng)用

以我國(guó)云南省為例，2014年在昭通市境內(nèi)發(fā)生一起5.7級(jí)地震，受災(zāi)范圍包括一區(qū)四縣，受災(zāi)人數(shù)約為109萬(wàn)。地震發(fā)生后，國(guó)家調(diào)集多臺(tái)無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)，以獲得地理資料，為災(zāi)情評(píng)估、應(yīng)急救援等工作提供了有利基礎(chǔ)。具體工作中，采用QuickEye無(wú)人機(jī)，主要作業(yè)參數(shù)見(jiàn)表1。機(jī)上搭載的數(shù)碼相機(jī)，型號(hào)為Canon 5D Mark III，用于影像數(shù)據(jù)采集。無(wú)人機(jī)起飛后，按照預(yù)設(shè)路線飛行，飛行高度控制在3000m，分辨率為0.2m。攝影測(cè)量完成后，共獲得高清攝影數(shù)據(jù)500份，測(cè)區(qū)面積達(dá)到50km2；然后對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、圖像拼接技術(shù)，保證地面圖像的完整性。

表1 QuickEye無(wú)人機(jī)的主要作業(yè)參數(shù)

通過(guò)分析影像信息，可以明確地震帶來(lái)的災(zāi)害范圍，分辨出哪些地區(qū)受害嚴(yán)重，從而作為應(yīng)急救援的重點(diǎn)，最大程度上減少經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。實(shí)踐證實(shí)，在救災(zāi)處置、人員轉(zhuǎn)移、湖泊測(cè)繪等工作上，該系統(tǒng)均發(fā)揮了良好的功能作用，不僅為現(xiàn)場(chǎng)救援提供了準(zhǔn)確依據(jù)，也為災(zāi)后重建創(chuàng)造了有利條件，具有成本低、效率高、可實(shí)時(shí)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)成為一種新型的測(cè)量手段，具有精度高、成本低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。文中分析了該系統(tǒng)的組成，其中硬件系統(tǒng)包括機(jī)載系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)包括航線設(shè)計(jì)軟件、數(shù)據(jù)接收處理軟件；介紹了在地形測(cè)繪、土地規(guī)劃、災(zāi)害防治中的具體應(yīng)用，并結(jié)合工程案例進(jìn)行分析，希望為類(lèi)似工作的開(kāi)展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。