無(wú)人機(jī)在區(qū)域地形測(cè)量中的應(yīng)用

鄧勇 賈超

摘 要：傳統(tǒng)測(cè)量方法在區(qū)域地形測(cè)量中不僅成本高、工作量大而且數(shù)據(jù)獲取量存在局限性，不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。隨著無(wú)人機(jī)的快速發(fā)展以及攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，獲取地形測(cè)繪數(shù)據(jù)的手段趨于多樣化。本文以景區(qū)規(guī)劃地形測(cè)量為例，對(duì)區(qū)域進(jìn)行低空無(wú)人機(jī)航攝，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理成圖，經(jīng)檢查驗(yàn)收滿足在工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；航空攝影；地形測(cè)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.140

1 引言

隨著社會(huì)進(jìn)步，傳統(tǒng)測(cè)量方式，面臨著效率低下，數(shù)據(jù)量不足、生產(chǎn)成本高等因素，并造成測(cè)量行業(yè)逐漸成為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而加劇測(cè)量行業(yè)必須尋求新方法、新技術(shù)的發(fā)展道路。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，以及攝影技術(shù)與GPS技術(shù)的成熟[1]，低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域越來(lái)越引起測(cè)量人員的重視。本文以登封一景區(qū)地形測(cè)量為例，利用無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理并進(jìn)行分析、探討這種方法應(yīng)用可行性。

2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量

2.1 測(cè)繪航空攝影

測(cè)繪航空攝影是指在飛行器上安裝航攝儀對(duì)地面進(jìn)行攝影。目前能夠承載高清航攝儀的飛行器，根據(jù)飛行高度主要可分為大型飛機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)等機(jī)載平臺(tái)。無(wú)論是大型飛機(jī)，還是直升機(jī)作為航攝儀的載體，其應(yīng)用范圍局限性比較大，不利于民用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，而無(wú)人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，促使了攝影測(cè)量的廣泛利用[2]。

2.2 攝影測(cè)量原理

攝影測(cè)量是根據(jù)航攝儀對(duì)地航攝，在已知像片坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的物方坐標(biāo)基礎(chǔ)上，根據(jù)中心投影共線方程進(jìn)行解算，求得像對(duì)6個(gè)外方位元素，然后即可對(duì)航攝影像進(jìn)行立體恢復(fù)至物方坐標(biāo)系。利用攝影測(cè)量，相比傳統(tǒng)測(cè)量方式，具有不直接接觸地面、獲取信息量大、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 項(xiàng)目實(shí)施

2.3.1 制定航攝范圍

登封市范家門景區(qū)位于登封市范家門村，占地面積約7平方公里，根據(jù)收集地籍資料，確定行政區(qū)域后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在Google地球劃定航攝范圍。如下圖1：

2.3.2 制定飛行計(jì)劃

本次飛行根據(jù)無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)，飛行區(qū)域地形特點(diǎn)進(jìn)行攝區(qū)劃分[3]，劃分原則遵循以下原則：

（1）分區(qū)界線與圖廓線相一致。

（2）分區(qū)內(nèi)的地形高差不大于1/4相對(duì)行高。

（3）根據(jù)景區(qū)內(nèi)道路交通情況，以及飛機(jī)起飛條件進(jìn)行劃分。

2.3.3 坐標(biāo)控制系統(tǒng)

本次飛行控制坐標(biāo)系采用1980西安坐標(biāo)系，航攝前，在景區(qū)布設(shè)E級(jí)GPS控制點(diǎn)6個(gè)，均勻控制景區(qū)區(qū)域范圍。控制點(diǎn)分布圖如下圖2。

2.3.4 布設(shè)質(zhì)量檢核點(diǎn)

航攝前須在景區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置質(zhì)量控制檢核點(diǎn)。檢核點(diǎn)點(diǎn)位分布合理，能均勻控制整個(gè)景區(qū)范圍。根據(jù)實(shí)地考察和衛(wèi)星影像，確定航攝范圍內(nèi)有數(shù)條新修大車水泥路，本次質(zhì)量控制檢核點(diǎn)選在景區(qū)主干道水泥路上。檢核點(diǎn)航攝效果圖見(jiàn)圖3。

3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線

（1）根據(jù)無(wú)人機(jī)攝影處理系統(tǒng)獲取DOM、DEM數(shù)據(jù)，地物數(shù)據(jù)根據(jù)DOM影像進(jìn)行描繪，同時(shí)在ARGIS中根據(jù)DEM數(shù)據(jù)自動(dòng)生成等高線。

（2）利用ARCGIS提取DEM點(diǎn)云數(shù)據(jù)，與DOM數(shù)據(jù)、等高線數(shù)據(jù)進(jìn)行人機(jī)互助刪除干擾點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

（3）對(duì)處理后的數(shù)據(jù)重新生成等高線，與DLG數(shù)據(jù)疊加成圖。

4 成果數(shù)據(jù)檢核

對(duì)航攝前布設(shè)的檢核點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

經(jīng)對(duì)比分析，平面坐標(biāo)最大誤差20cm，高程誤差最大誤差28cm，根據(jù)點(diǎn)位誤差計(jì)算點(diǎn)位中誤差。中誤差計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

中誤差（m）計(jì)算公式：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：Mx-坐標(biāo)x的中誤差；My-坐標(biāo)y的中誤差；Mh –坐標(biāo)h的中誤差；Ms-點(diǎn)位中誤差；Xi-坐標(biāo)x的檢測(cè)值；xi坐標(biāo)x的航攝值；Yi-坐標(biāo)y的檢測(cè)值；yi-坐標(biāo)y的航攝值；n-檢測(cè)點(diǎn)數(shù)。

根據(jù)1：500 1：1000 1：2000 外業(yè)數(shù)字測(cè)圖技術(shù)規(guī)程[4]（GB/T 14912-2005）的要求：

本次景區(qū)規(guī)劃測(cè)量屬于山區(qū)，按照地區(qū)分類劃分界于丘陵地和困難地區(qū)，根據(jù)精度檢核結(jié)果滿足規(guī)范要求，并且滿足工程施工的需要。

5 結(jié)束語(yǔ)

登封市范家門景區(qū)開(kāi)發(fā)是政府對(duì)農(nóng)村扶貧開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，投資的資金有限。在有限資源下完成景區(qū)規(guī)劃地形測(cè)量，是本次設(shè)計(jì)任務(wù)需要考慮的。無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟，使得攝影測(cè)量航攝載體成本極大的降低[5]，GPS-RTK實(shí)時(shí)高精度測(cè)量解決了攝影測(cè)量中實(shí)時(shí)外方位角元素。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用總結(jié)，低空無(wú)人機(jī)航空攝影在區(qū)域地形測(cè)量生產(chǎn)成本低、效率高、數(shù)據(jù)量大、相對(duì)精度高，能夠滿足工程需要。

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作者簡(jiǎn)介：鄧勇（1984-），男，湖北棗陽(yáng)人，碩士研究生，測(cè)繪師，中級(jí)，研究方向：空間數(shù)據(jù)采集方法和數(shù)據(jù)處理。