無人機(jī)低空攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的應(yīng)用

趙懷利 隗偉

（山東省國土測繪院，山東 濟(jì)南 250100）

引言

無人機(jī)的應(yīng)用不再僅限于航拍和運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)性一般的工作，在低空攝影測量等技術(shù)要求較高的行業(yè)凸顯了重要作用。無人機(jī)利用現(xiàn)代遙感技術(shù)來進(jìn)行低空攝影測量的手段開始得到普遍的運(yùn)用，人機(jī)低空攝影測量技術(shù)已經(jīng)在業(yè)界得到認(rèn)可，使測繪行業(yè)的現(xiàn)代化及智能化技術(shù)取得了進(jìn)步。

一、無人機(jī)低空攝影測量系統(tǒng)的組成

（一）無人機(jī)飛行器

本次主要對中海達(dá)的iFly-D1四旋翼無人飛行器進(jìn)行研究。該無人機(jī)起降方式為免遙控器自主起降，實(shí)用升限≥5000m，作業(yè)時(shí)間70min，最大飛行速度為15m/s；控制半徑：≤15000m（一般電磁環(huán)境）；相機(jī)焦距為6.2mm，像幅大小為7.5mm×5.7mm，像素大小為0.00208mm。中海達(dá)的iFly-D1四旋翼無人飛行器設(shè)計(jì)中比較獨(dú)特的一點(diǎn)是使用了輕量化機(jī)身設(shè)計(jì)理念，其載重為2kg；10m2以上平整區(qū)域且通視半徑100m以上，對于起降場地的要求比較寬松，簡單；在該系統(tǒng)中將先進(jìn)的測繪技術(shù)與傳統(tǒng)的攝影技術(shù)結(jié)合起來，能夠相對比較快速、安全、可靠地到達(dá)一些人工不能到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行測量，在一些小區(qū)域的航測中具有極高的性價(jià)比。

（二）無人機(jī)影像處理軟件

本次研究中所采用的無人機(jī)影像處理軟件為現(xiàn)代航測全自動(dòng)空三無人機(jī)影像處理軟件Cloud-ATVer.1.0。該軟件是數(shù)字化、智能化水平的攝影測量系統(tǒng)，對當(dāng)前使用的航攝相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、組合寬角相機(jī)等多種影像都可以進(jìn)行處理，因此可以在普通飛機(jī)航攝、低空輕型機(jī)航攝、無人機(jī)航攝、無人飛艇航攝所獲取的豎直攝影像等影像數(shù)據(jù)處理的時(shí)候應(yīng)用該軟件。

（三）數(shù)字測圖系統(tǒng)

本次無人機(jī)低空攝影測量中使用了SSK數(shù)據(jù)采集軟件。通過應(yīng)用該數(shù)字測圖系統(tǒng)，與以往使用的手輪腳盤方式的測圖方式相比，其效率得到顯著提升，還能有效減少工作人員的工作量，提升地圖測繪的準(zhǔn)確性。因?yàn)樵跀?shù)字測圖系統(tǒng)中還包含了地類數(shù)據(jù)庫，因此就可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇，還可以在該系統(tǒng)中輸出CAD圖形，且操作比較簡單，因此實(shí)用性較強(qiáng)。

二、無人機(jī)低空攝影測量在大比例尺地形圖中的具體應(yīng)用

（一）地面控制裝置與系統(tǒng)

無人機(jī)低空攝影測量體系分為空中的攝影采集裝置和地面的控制基站等部分。在地面的控制系統(tǒng)搭建時(shí)，至少要包含數(shù)傳電臺、地面控制端的軟件及配套計(jì)算機(jī)硬件等基礎(chǔ)裝備。從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，地面控制系統(tǒng)可在飛行過程中給予無人機(jī)飛行的指令，并實(shí)時(shí)回傳定位數(shù)據(jù)。通過地面控制軟件的實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控功能，還能夠獲得無人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)及所處位置的地理坐標(biāo)。借助計(jì)算機(jī)地面控制軟件還可及時(shí)統(tǒng)計(jì)出無人機(jī)飛行的實(shí)時(shí)參數(shù)，并根據(jù)測繪需求和流程對無人機(jī)的飛行路徑進(jìn)行調(diào)整和指揮。這一套完整的操作體系也為無人機(jī)的自動(dòng)駕駛創(chuàng)造了安全穩(wěn)定的應(yīng)用方式。技術(shù)人員可通過預(yù)先植入的模擬飛行軌跡，有效保證無人機(jī)航行期間自動(dòng)執(zhí)飛的平穩(wěn)與安全。

（二）布測控制點(diǎn)

在大比例尺地形地形圖繪測中，對無人機(jī)布測控制點(diǎn)是一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。無人機(jī)雖然較有人飛機(jī)具有一定的優(yōu)勢，但是由于高度、氣流及信號等因素，它同時(shí)也具有不穩(wěn)定的劣勢，尤其是用于記錄的POS信號系統(tǒng)，在一定程度上局限了無人機(jī)在大比例尺地形圖中的繪測工作。對此，有必要對無人機(jī)進(jìn)行布測控制點(diǎn)，在布測控制點(diǎn)時(shí)要結(jié)合實(shí)際的路況和繪測對象的難易程度，合理安排控制點(diǎn)的數(shù)量和地點(diǎn)，確保GPS網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，保障RTK測量工作的同時(shí)還要注意控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的精密度，確保小于2cm，保證所得數(shù)據(jù)的精確程度。

（三）像片控制點(diǎn)實(shí)地測量

無人機(jī)低空攝影測量與航拍測量相比，有平臺誤差相機(jī)移位誤差、位置誤差等重大誤差，為了判斷三維測量圖的準(zhǔn)確性，將數(shù)字地形圖的草圖導(dǎo)入測量區(qū)互補(bǔ)的現(xiàn)場布局檢查點(diǎn)、現(xiàn)場調(diào)整圖和電氣管線。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算內(nèi)部和外部行業(yè)差異，并使用現(xiàn)場檢查測量的數(shù)據(jù)來確定準(zhǔn)確度。

（四）進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪和相關(guān)檢查測量

通過現(xiàn)場檢查，比較了甘肅發(fā)電站項(xiàng)目的測量，得出了相關(guān)結(jié)論。某些電站項(xiàng)目的測量平面精度比高能量達(dá)到規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，但高產(chǎn)數(shù)據(jù)并不理想。其誤差為m = 0.41m，項(xiàng)目的大規(guī)模地形也達(dá)不到測量標(biāo)準(zhǔn)，需要修正和后處理。

（五）補(bǔ)攝與重?cái)z要求

補(bǔ)充和重拍要求如下：①如果航空拍攝過程中泄漏或圖像不符合質(zhì)量要求，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充照片。②數(shù)碼圖像出現(xiàn)大面積反射或部分缺陷(如云、云等)時(shí)，需要補(bǔ)充照片。③漏洞補(bǔ)充應(yīng)該按照原始設(shè)計(jì)軌道進(jìn)行，補(bǔ)充路徑的兩端一般應(yīng)該超過漏洞區(qū)域外的兩條基線。

（六）像控測量質(zhì)量控制

首先，就像把手刺和裝飾的質(zhì)量檢查。確認(rèn)照片中的位置條件(如手柄)、可見點(diǎn)和裝飾符合技術(shù)要求。檢查可見點(diǎn)草圖是否與影像地形相符，以指示注解是否完整且清晰。第二，現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢查。檢查現(xiàn)場觀測手冊是否齊全，觀測數(shù)據(jù)內(nèi)容是否完整。三是檢查網(wǎng)絡(luò)RTK參數(shù)和后續(xù)處理數(shù)據(jù)。檢查觀測參數(shù)和觀測數(shù)據(jù)是否刪除了總誤差和不可靠的數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證觀測參數(shù)是否正確。檢查觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、粗略和不可靠的數(shù)據(jù)排除、是否檢測到已知的點(diǎn)以及不良是否滿足極限要求。第四，內(nèi)部結(jié)果檢查。確保包含平面坐標(biāo)系、中央子午線、高程系統(tǒng)、點(diǎn)編號、片段編號、坐標(biāo)和高程、工作方法、精度等信息的整個(gè)測量區(qū)域與句柄放置合并圖相同。

結(jié)束語

總之，將無人機(jī)低空攝影技術(shù)合理導(dǎo)入測繪工作中，能夠降低測繪工作的難度，并且在如今科技不斷進(jìn)步的背景下，只有將無人機(jī)應(yīng)用范圍擴(kuò)大開來，將其真正的作用發(fā)揮出來，才可以滿足測繪工作的需求，有效實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和高效化的目標(biāo)，促進(jìn)測繪工作的穩(wěn)定順利發(fā)展。