無人機在環(huán)巢湖生態(tài)保護工程中的應用

杜小芬 （安徽省水利水電勘測設計院勘測分院，安徽 蚌埠 233000）

1 測區(qū)條件及飛行準備

環(huán)巢湖地區(qū)生態(tài)保護四期工程位于安徽省合肥市高新區(qū)肥西縣境內。地貌特征為江淮分水嶺丘陵地帶，屬溫帶季風氣候,年均氣溫16.1℃,最高氣溫37℃,最低氣溫零下4～7℃。本次飛行時間為7月份，氣溫較高，空氣對流嚴重，測區(qū)東部屬于高新區(qū)城區(qū)附近，高樓林立，電磁干擾嚴重，大蜀山在測區(qū)范圍東北角，野外飛行條件不佳，總體困難類別屬于Ⅲ等。

1.1 飛行策劃

我院已經(jīng)準備無人機“天狼星”型飛機及專用數(shù)碼相機。本次項目由于涉及到城區(qū)高大建筑物，由兩架無人機同時飛行，其中，環(huán)巢湖派河流域部分區(qū)域由拓普康天狼星專業(yè)版SIRIUS PR0（1）航拍，編號為D0:FF:50:CC:2D:80 136，每架次航帶根據(jù)飛行區(qū)域面積自動設計，帶寬100m，地面采樣距離(GSD)8cm，飛行高度311m，航向重疊75%～85%，旁向重疊度應大于60%。本項目其余部分由第二架拓普康天狼星專業(yè)版SIRIUS PRO（2）航拍，編號為6C∶EC∶EB∶B5∶92∶2D∶285，每架次航帶根據(jù)飛行區(qū)域面積自動設計，帶寬200m，地面采樣距離(GSD)8cm，飛行高度622m，航向重疊75%～85%，旁向重疊度應大于60%。

2 飛行計劃執(zhí)行

①外業(yè)飛行攝影時應使用機身RTK實時定位曝光點坐標，機身RTK測量數(shù)據(jù)后處理應采用本工程基本平面高程控制測量輸出的坐標轉換參數(shù)進行各曝光點坐標解算。

②依據(jù)測區(qū)地形起伏的變化情況，為得到高精度、高質量的影像,本次無人機飛行航線設計中,適應地形變化模塊。在Mavinci Desktop飛行控制軟件中設置要求的行分辨率后，飛機隨地形起伏變化而自動改變飛行高度。根據(jù)地形起伏情況確定飛行高度保障飛機拍攝影像過程中照片重疊度，既可避免在遇到地形凸起時照片重疊度過小，滿足不了影像重疊的規(guī)范要求，又可避免在地形低洼處照片重疊度過大，造成飛行浪費的情況。航攝過程中，飛機的俯仰、側滾姿態(tài)和旋偏角應在座架可調整角度的規(guī)定范圍內；外業(yè)飛行結束后，應填寫航攝飛行記錄表，并對獲取的影像數(shù)據(jù)質量進行檢查。主要檢查的內容為:航攝范圍是否滿足要求，航攝數(shù)據(jù)的完整性，影像的清晰度、重疊度，色彩的飽和度及影像上有無大面積云影、煙影的遮蓋及反光和污點等缺陷。

準備就緒后，機組人員應在選好的起降場地等待合適的航攝天氣，同時對航攝硬件進行檢查維護，確保設備狀態(tài)最佳。等到能見度好，晴朗天氣時，即可執(zhí)行飛行計劃，爭取在相似的氣候條件下執(zhí)行航飛任務。

3 飛行過程中的質量控制與保障

3.1 像片傾斜角

像片的傾斜角及傾俯角應按規(guī)范要求在4.5°內,最大應不超過12°。超過8°的航片不超過總航片數(shù)的10%。像片旋偏角一般不大于15°，在保證像片航向和旁向重疊度滿足要求的情況下，個別相片的最大旋偏角不超過30°，同一條航線上旋偏角超過20°的,像片個數(shù)不應超過3片，超過15°旋偏角的像片個數(shù)不得超過分區(qū)像片總數(shù)的10%。像片傾斜角和像片旋偏角不能同時達到最大值。

3.2 航線彎曲度和航高保持

設計有足夠長度的預備線，來保證飛機進入航線后有充足的時間以平穩(wěn)的姿態(tài)飛行。同時能保證GPS導航系統(tǒng)能直接觀察到航跡偏差，可將漂移減至最小。飛行管理系統(tǒng)應對曝光觸發(fā)點的范圍進行設置，應保證航線彎曲度應不大于3%。

飛行的航高指示器是氣壓高度表。每次飛行前，飛行員都要了解氣象部門發(fā)布的相關的機場天氣情況，同時記錄當時的氣壓值。依據(jù)氣壓值和機場的標準高度值，確定出氣壓高度表在地面的基準值。飛機按照基準值飛到航空攝影要求的作業(yè)高度進行作業(yè)，同時參考GPS實時高程。同一航線上相鄰像片的航高差按規(guī)范規(guī)定應不大于20m；最大航高和最小航高之差不應大于30m。

4 攝影質量控制與保障

4.1 影像質量要求和控制

航飛結束飛機返場后，飛行員要采用飛行管理軟件，立即對獲取的攝站點GPS坐標數(shù)據(jù)進行技術處理。當天的飛行質量評價應及時進行，確保無漏飛的情況，檢查每張像片上有無云影煙霧遮蓋和大面積反光現(xiàn)象，有無不合格航線等情況。如有，及時進行處理，有遺漏及內業(yè)解決不了的問題，應及時組織補飛。

4.2 攝影處理

航攝的影像要求色彩均勻清晰，顏色飽和，無大面積云影遮蓋及反光，層次豐富，反差適中。航片影像數(shù)據(jù)應存儲于專門的介質內，由專人護送至數(shù)據(jù)處理中心做數(shù)據(jù)后期處理，數(shù)據(jù)處理中心在收到數(shù)據(jù)后應及時處理，并將航片數(shù)據(jù)質量檢驗報告及時反饋現(xiàn)場飛行人員，以方便飛行人員及時開展后續(xù)工作。

飛行完成后，即可用專業(yè)版MAVinci Desktop對高精度POS數(shù)據(jù)進行及時下載和航飛影像的自動匹配，導入PhotoScan Pro數(shù)據(jù)處理軟件進行處理，在不用控制點，無需人工干預的情況下，就可實現(xiàn)航測成果中DOM和DEM產(chǎn)品的自動生成。

檢查輸出的DOM、DEM等數(shù)據(jù)的質量，分內業(yè)和外業(yè)進行檢查；內業(yè)檢查的主要內容為：影像的清晰度，色彩的柔和度，影像拼接帶有無明顯的模糊、重影和錯位等；外業(yè)檢查的主要內容為對輸出的DOM、DEM等數(shù)據(jù)的精度檢查，檢查方法為：外業(yè)采集適量的平面和高程檢查點，并與通過對DOM、DEM分析的同名點數(shù)據(jù)進行比較,采集的平面點和高程點應為具有代表性的特征點,平面可采集房角以及道路上清晰可見的交通指示箭頭,高程點采集坡度平緩的地面點和無植被覆蓋的田地高程點。

影像數(shù)據(jù)處理后，應依據(jù)單位面積數(shù)據(jù)量進行合理的分幅，圖幅大小應以普通辦公電腦方便調閱使用為宜，并繪制DEM、DOM分幅圖和“無人機低空攝影過程檢查表”。

5 航飛漏洞處理

①按規(guī)范要求，航攝過程中出現(xiàn)的相對絕對漏洞均需及時進行補攝。

②對不影響內業(yè)加密選點和模型連接的相對漏洞及局部缺陷，可只在漏洞處補攝。

③補攝航線的長度，應按規(guī)范要求超出漏洞兩邊各兩條基線。

6 成果資料的檢查

在整個作業(yè)實施過程中，實行“兩級檢查制度”，保證飛行和影像質量滿足航攝規(guī)范的要求。兩級檢查是指：航攝部門在第一時間對航攝成果進行檢查；質量檢查部門在整個過程中進行監(jiān)督，整個攝區(qū)航攝飛行完成后，及時安排人員對成果陸續(xù)進行檢查，確定沒有缺陷和需要補攝的內容后，對整個攝區(qū)的資料按照分院下達的任務書和《航攝成果注記包裝規(guī)范》的要求進行整理。外業(yè)飛行攝影地面分辨率為8cm，共飛行40個架次，飛行攝影面積83.8km2，外業(yè)飛行攝影航向重疊度設置為80%；旁向重疊度設置為65%；航攝數(shù)據(jù)完整性滿足要求，影像清晰，色彩柔和，無大面積云影、煙影、反光、污點等缺陷。

通過PhotoScan軟件對外業(yè)飛行數(shù)據(jù)進行處理，并輸出數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM），經(jīng)內業(yè)檢查生成DOM和DEM數(shù)據(jù)是否清晰，色彩是否柔和，影像拼接帶有無明顯的模糊、重影和錯位；經(jīng)外業(yè)設站檢查，編號D0∶FF∶50∶CC∶2D∶80∶136獲取DOM和DEM數(shù)據(jù)平面精度為0.15m，高程精度為0.12m；為方便地形圖編輯調閱使用，輸出的與DOM和DEM數(shù)據(jù)分辨率為8cm，共分成19個圖幅文件，并繪制了DOM和DEM數(shù)據(jù)分幅表。

用南方Cass和QTModeler軟件平臺調閱DOM和DEM數(shù)據(jù)，編輯繪制地形圖，地形圖內業(yè)編輯繪制完成后，套合DOM打印紙圖并進行外業(yè)調繪。

7 結語

隨著未來科學技術的向前發(fā)展，無人機的電池和信號接受范圍得到突破，能夠實現(xiàn)較大范圍的航測時，必將能更好的為水利工程測繪服務，也將具有更加廣泛的應用空間。