小型無人機航測技術(shù)在土地測繪中的應用

李愛紅　賈煥景

【摘? 要】隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，無人機航拍已成為小區(qū)域地形測繪的主要手段?該文在闡述測繪儀器發(fā)展的基礎(chǔ)上，重點探討了無人機技術(shù)的發(fā)展與應用，并以大疆精靈4RTK無人機航測系統(tǒng)和ContextCapture軟件為例，梳理了小型多旋翼無人機進行小區(qū)域航測生產(chǎn)正射影像圖工作的具體流程，為無人機航測技術(shù)在土地測繪中的應用提供參考?

【關(guān)鍵詞】無人機;攝影測量;土地測繪;應用

土地是地球表面某一地段包括地質(zhì)?地貌?氣候?水文?土壤?植被等多種自然要素在內(nèi)的自然綜合體，是人類社會得以存在和發(fā)展的基石?土地測繪就是對土地及其之上的附屬物進行準確空間定位的工作?無論是土地資源的調(diào)查與評價?國土空間規(guī)劃?各類用地監(jiān)測，還是土地生態(tài)修復，準確獲取地塊的空間位置信息都是各項工作進一步開展的前提?而各種土地利用規(guī)劃方案的落地實施也都需要使用測繪技術(shù)將圖紙上的規(guī)劃成果測設到實地?因此，土地測繪是進行土地管理工作的重要技術(shù)手段?

1無人機航測概述

無人機出現(xiàn)于20世紀，最早被應用于軍事偵察活動，隨著科學技術(shù)的進步以及社會生產(chǎn)力的發(fā)展，無人機技術(shù)逐步走向平民化?大眾化，從而推動了測繪技術(shù)的新發(fā)展?在現(xiàn)代測繪技術(shù)中如何實現(xiàn)自動化?智能化?高效率?高精度的數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)代測繪行業(yè)研究發(fā)展的必然趨勢?隨著無人機技術(shù)?通信技術(shù)?定位導航技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，無人機測繪正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)測繪儀器成為測繪行業(yè)新的寵兒?無人機航測作為一種新型的數(shù)字化測量手段，具有其他傳統(tǒng)測繪儀器不可比擬的優(yōu)勢，它起降場地小，機動靈活，高效便捷，反應迅速，運輸方便，環(huán)境適應能力強，經(jīng)濟合理成本低，成果影像高分辨率?高精度，成圖快速便捷等特點，自出現(xiàn)以來逐漸受到眾多從業(yè)者的廣泛青睞，在測繪行業(yè)中具有其他測繪技術(shù)無法代替的地位?目前無人機測繪技術(shù)被廣泛應用于地形測量?地籍調(diào)查?房地產(chǎn)測量?土方測量?三維建模等工作?

2數(shù)據(jù)獲取方法

（1）準備工作?為了保證無人機安全和測量作業(yè)的順利實施，無人機起飛之前必須對現(xiàn)場外部環(huán)境進行實地觀察以及對無人機狀況進行檢查，確保作業(yè)安全?

（2）航線規(guī)劃與數(shù)據(jù)獲取?該次飛行使用大疆自帶的航線規(guī)劃軟件，根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》的要求航向重疊度一般設定為60%～80%，最小不少于53%;旁向重疊度一般設定為15%～60%，最小不少于8%?為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，飛行設置旁向重疊度和航向重疊度均為80%，避免了后期因重疊度問題而產(chǎn)生的成果質(zhì)量問題，該次航測面積0.5km2，航高110m，共拍攝影像1656張，分辨率為3cm?

3無人機航測技術(shù)的發(fā)展與應用

我國無人機的發(fā)展始于20世紀60年代，80年代中期轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域研發(fā)?2008年汶川地震發(fā)生后，無人機在搶險救災工作中的出色表現(xiàn)促進了民用專業(yè)級無人機的發(fā)展?2010年法國Parrot公司生產(chǎn)的ParrotAR.DRONE投入市場，標志著消費級無人機市場的開啟?2013年深圳大疆創(chuàng)新科技公司發(fā)布“大疆精靈”多旋翼無人機產(chǎn)品，在國內(nèi)掀起了無人機應用的浪潮?在土地測繪工作中，最初只是借助無人機作為飛行平臺，搭載數(shù)碼相機進行手動拍攝重疊影像，缺乏定位系統(tǒng)，航拍系統(tǒng)缺乏整合性，空間位置精度不夠?隨后，大疆推出了精靈4RTK無人機，新增了RTK導航定位系統(tǒng)?相機微秒級同步?APP航線規(guī)劃等功能，將厘米級導航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)結(jié)合，提升了航測效率與精度，降低了作業(yè)難度和成本，徹底解決了之前固定翼無人機航拍系統(tǒng)價格高?操作復雜?靈活性不足等問題，目前已經(jīng)在大比例尺地形圖測繪?自然資源督察?不動產(chǎn)測繪?房地一體化測繪?地質(zhì)災害監(jiān)測等領(lǐng)域得到廣泛應用?

4小型旋翼無人機航測工作流程

在小型旋翼航測無人機中，大疆無人機因其操作方便?成本低廉，在小范圍土地測繪工作中被廣泛應用?以大疆精靈4RTK為例，整個工作流程可分為航測準備?航線規(guī)劃?相機參數(shù)設置?航拍作業(yè)和影像處理5個階段?

4.1航測準備

航測準備是到達測區(qū)之前應提前做好的前期準備工作?其中飛行器準備工作要求配備足夠數(shù)量的飛行電池?通常每塊大疆精靈4RTK的電池正常飛行18～24min，而充電時間約為50min?具體每塊電池的工作時間不僅與測區(qū)面積和形狀?飛行高度?重疊率等有關(guān)，還與電池使用壽命及當時氣溫有關(guān)?測繪人員可根據(jù)需要攜帶多塊電池和充電器，邊用邊充，以便航拍工作“無縫”連接，以提高作業(yè)效率?除此之外，還應考慮遙控器電池的使用時間，最好預備1塊備用電池以便輪流充電使用?另外，測區(qū)范圍應提前準備，建議采用相關(guān)地圖軟件制作的測區(qū)地標kml文件導入遙控器中使用，該方法比在遙控器界面中手繪測區(qū)范圍更精確?雖然大疆精靈4RTK可以在免像控點的情況下進行測圖，但控制點能有效提高飛行器航測成圖的精度?因此，合理布設像控點，準確測定其坐標是航測準備階段的1個重要環(huán)節(jié)?

4.2航線規(guī)劃

航線規(guī)劃首先要保證飛行器遙控器的網(wǎng)絡連通?通過遙控器上安裝有sim卡的4G網(wǎng)卡來實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并用網(wǎng)絡RTK賬號正確登陸服務器，并確保RTK獲得固定解?如果只對測區(qū)進行正射影像數(shù)據(jù)采集，則可只采用攝影測量2D的航線規(guī)劃方式，以節(jié)省航拍時間?航線規(guī)劃中最重要的是要保證安全的飛行高度，注意測區(qū)內(nèi)的最高地物，飛行高度和返航高度要高于測區(qū)內(nèi)最高地物的髙度?

4.3相機參數(shù)設置

相機參數(shù)設置主要是為了獲取清晰的航拍相片，通常按默認設定?拍攝模式建議采用定時拍攝;拍攝完成后選擇自動返航;云臺角度在拍攝正射影像時選擇-90°;為了提升建圖精度，建議關(guān)閉畸變修正功能?

4.4航拍作業(yè)

大疆精靈4RTK無人機的航拍作業(yè)基本是自動完成。當飛行器電量降低到警戒值時，會發(fā)出提示。飛行器根據(jù)剩余電量和到已記錄的起飛點距離進行智能判斷，并選擇合適時機返航，無需人工干涉。當飛行器降落后，更換電池后可按照未完成的航線繼續(xù)拍攝。

4.5影像處理

當飛行任務結(jié)束后，將飛行器上儲存卡中的航拍照片導入電腦中以備處理?流程中需要注意：相機參數(shù)信息保存在照片中，可以用記事本打開照片找到相關(guān)參數(shù);POS信息是每張照片的空間位置信息，其格式要規(guī)范，要與照片名稱一致;在影像上標記控制點后進行初次空三解算，可以得到控制點的大致位置，以便通過更多包含控制點的照片上精確標記控制點，當所有控制點標記完成后進行再次空三解算，以使得所有像控點都被準確標記;重建項目進行影像拼接，在空間框架內(nèi)選擇正確的坐標系，瓦片大小要適宜，需要調(diào)整瓦片大小，使得重建需要的內(nèi)存小于電腦內(nèi)存，充分考慮留給系統(tǒng)運行的內(nèi)存空間;如果只需要獲取測區(qū)正射影像，可以在工程中直接選擇生成正射影像圖?

5結(jié)束語

無人機航測在外業(yè)核查中不僅能夠克服外部環(huán)境條件的限制，還可以提供測區(qū)清晰?正確?全面的圖文數(shù)據(jù)文件，在一定程度上避免了因土地面積問題產(chǎn)生的人員糾紛;在影像處理方面，由于單個測區(qū)面積小，影像數(shù)據(jù)少，因此數(shù)據(jù)處理快速便捷;在影像數(shù)據(jù)矢量化方面，無人機正射影像具有高分辨率?高精度的特點，可以清晰準確地獲取測區(qū)實際的地物類型和面積，保障核查成果的可靠性;整體來說利用小型無人機進行土地整治核查驗收工作可以快速方便地獲取測區(qū)高精度的正射影像，提高了工作效率，縮短作業(yè)周期，具有極大的推廣應用價值?

參考文獻：

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