淺談無人機低空攝影在河道帶狀地形測量中的應用

提曰猛

【摘要】本文從生產案例出發(fā)，以目前最先進的航測技術為主線，對無人機航測的一些特殊問題進行分析，并就其存在的問題提出解決措施，以期為我國無人機航測技術在水利測繪方面的應用積累經驗。

【關鍵詞】無人機低空攝像;渦河河道;地形測量;地形地貌;應用

本文以無人機低空攝影為主要研究對性，通過對無人機低空攝影優(yōu)劣勢的簡單分析，進而深入探討了無人機低空攝影在渦河河道帶狀地形測量中的應用。渦河作為淮河中游左岸的一條支流，為我國淮河流域提供了豐富的水利資源。而在對渦河治理的過程中，需要利用諸多與渦河河道相關的地形數(shù)據，為確保能夠快速、準確的采集到相關的數(shù)據信息，為設計工作的進行打下良好的基礎。

1 無人機低空攝影原理及優(yōu)劣勢分析

1.1無人機航測原理

在渦河的航測中采用了光束線法的測量原理，以下就光線束法的應用原理進行簡單介紹。光線束法在使用中，以像點、投影中心點以及地面點三點共線為條件，解算單元設定為單張像片，借助像片公共點和野外控制點，把各張像片的光束連成一個區(qū)域，完成整體平差，繼而完成加密坐標的解算。解析攝影測量方程如下：uxx+uyy+uzz=0x、y、z分別表示某地物點在某一空間坐標系中的坐標。

1.2無人機低空攝影的優(yōu)劣勢

無人機低空攝影作為當前較為先進的科學技術，對地理信息進行采集時，受到自然天氣的影響較小，可以拍攝出清晰的地質面貌、水文等圖像;而且，拍攝是由無人機自動完成的，避免了人為因素的影響，使拍攝的效率更高，安全性更強;同時，在當前科學技術快速發(fā)展的基礎上，無人機機載相機鏡頭更加靈活，可以從多個角度完成拍攝活動，并且拍攝出來的畫面具有較高的分辨率。同時無人機低空拍攝依然存在一些缺陷。首先，無人機飛行控制難度較大，常常出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象，導致影像模糊不清;其次，拍攝的速率較快，在短時間內可以獲得大量圖像，由于圖像之間存在差異的影響，為模型的建立增加了難度;最后，數(shù)據采集時，需要對相機頻率進行不斷調整，從而增加了接邊的難度，導致信息誤差較大。

1.3空三加密及成圖

空三加密采用北京四維遠見公司開發(fā)的TG-AT加密軟件進行。無人機自重較輕，受風力等因素的影響，飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，飛行傾角、旋偏角過大，航線彎曲、像片比例不一致，容易扭曲變形等，采用自動與手動相結合的方法進行空三加密，渦河測區(qū)多項式法整體平差精度檢測。

1.4攝影條件及像控點測量

利用無人機對該測區(qū)進行兩條航帶的航攝，飛行質量良好，影像清晰度高，照片色彩均勻，飽和度良好，能夠清晰判斷地物信息，可滿足1∶5000成圖要求?？刂泣c測量采用GPS實時動態(tài)定位（RTK）的方法進行測量，像控點對最近基礎控制點的平面位置中誤差不大于0.3m，高程中誤差不大于0.3m。

1.5地形數(shù)據采集

利用JX4G數(shù)字攝影測量工作站成圖系統(tǒng)進行數(shù)據采集。在測圖過程中，發(fā)現(xiàn)河道及河道附近地形變化比較大，地物復雜，樹木繁多，水域面積大，數(shù)據采集有一定的難度。不同的作業(yè)人員采集高程差距很大，造成河道附近無法接邊，為了證實高程和平面精度是否過大，我們采用同一套設備，在同一測區(qū)，由不同作業(yè)人員進行實測，發(fā)現(xiàn)平面位置誤差小，滿足精度要求，離河道較遠的平地點高程誤差小，河道內及河道附近高程誤差大，尤其是水面及有樹木遮擋的地方。為此，我們重新定向，檢查定向精度，單模型中誤差等未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，因此采取內外業(yè)結合的方式，高程采取全野外GPS（RTK）成果來解決高程不穩(wěn)定問題，平面采取JX4G數(shù)字攝影測量工作站成圖系統(tǒng)實測成果，結合Ao-tuCAD2007進行數(shù)據編輯。

1.6攝影條件及像控點測量

無人機對渦河河道拍攝的過程中，利用兩臺無人機共同進行拍攝，航拍過程中，無人機飛行狀態(tài)良好，拍攝的圖像清晰度較高，并且，圖像色彩均勻，可以準確判斷出河道的地形地貌信息，完全符合我國河道信息采集的要求。采用GPS-RTK實時動態(tài)定位的模式采集像控點的數(shù)據，所有相控點的誤差均在0.3m以內，也符合我國數(shù)字航空攝影測量的相關規(guī)范的要求。

1.7航拍流程

利用無人機低空攝影對渦河河道帶狀地形測量時，主要由以下流程構成：（1）根據工程的要求，編寫任務書、生產計劃書;（2）收集航拍區(qū)的已有資料;（3）航帶設計，航空攝影;（4）進行像控點/檢查點測量、空三加密;（5）內業(yè)采集渦河河道的DLG數(shù)據;（6）DLG數(shù)據外業(yè)調繪;（7）對采集的數(shù)據進行檢查與驗收。

2 無人機航空攝影測量優(yōu)缺點

2.1優(yōu)點

①環(huán)境因素。無人機航拍受天氣、地理環(huán)境影響較小，可低空飛行，飛行高度可在千米以內，方便靈活。②經濟方面。無人機航拍成本低，效率高，安全系數(shù)高，攜帶方便，操作靈活，低空飛行不受管制，隨時可飛行，節(jié)省了人力物力。③拍攝效果。無人機機載相機型號多樣化，遙控操作，鏡頭靈活，多角度拍攝，分辨率高，打破傳統(tǒng)拍攝的局限，不受云層、高層建筑物遮擋的影響，可得到紋理清晰的影像。④精度方面。無人機屬于低空飛行器，為近距離拍攝，能夠將地物信息表述清晰完整。精度高低取決于航攝儀及其飛行狀態(tài)等，根據項目要求，可結合其他測繪方式提高其精度。⑤速度快。利用無人機航攝，不用申請空域，可以快速完成航攝。

2.2缺點

①無人機飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，飛行傾角、旋偏角過大，航線彎曲、像片比例不一致，容易扭曲變形。②像片像幅小，數(shù)量多，導致測圖定向和立體模型套誤差大。③數(shù)據采集時頻繁更換相對，造成接邊困難，誤差大。

3 結語

綜上所述，無人機低空攝影既有它的優(yōu)點也存在不足之處。優(yōu)點表現(xiàn)在受外界環(huán)境影響較小、操作靈活、機動性能好、使用方便、安全性高、拍攝效果好;不足之處在于受風速影響大，地面有植被覆蓋時高程誤差較大。但通過對無人機低空攝影在渦河河道帶狀地形測量研究后可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢更加明顯，并且，在實際操作中，可以通過對無人機的控制，將劣勢控制到允許的范圍內。選擇在植被稀少的季節(jié)航拍，或者采用GPS-RTK野外補測高程點，仍然可以提高工作效率。因此，無人機低空攝影可以在地形測量工作中進行廣泛的應用。

參考文獻：

[1]朱大康.無人機低空攝影測量影像質量控制的研究[D].南昌：東華理工大學，2016.

[2]張祖勛，張劍清.數(shù)字攝影測量[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，1996.

[3]國家測繪局.CH/Z3004-2010，低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范[S].北京：測繪出版社，2010.