無人機數(shù)字攝影測量技術在電網(wǎng)鋪設地形測繪中的應用

徐純明

摘要：近年來，經(jīng)濟的發(fā)展，促進我國科技水平的提升。隨著科學技術的飛速發(fā)展，小型無人機在遠程遙控、續(xù)航時間、飛行品質(zhì)上有了明顯的突破，成為了近幾年興起的新的航空遙感手段，并在遙感界被普遍認為具有良好的發(fā)展前景。本文就無人機數(shù)字攝影測量技術在電網(wǎng)鋪設地形測繪中的應用展開探討。

關鍵詞：無人機;數(shù)字攝影測量;電網(wǎng)鋪設;地形測繪

引言

能源為整個社會發(fā)展的核心，現(xiàn)階段我國能源消費主要是煤炭，因此導致生態(tài)環(huán)境逐漸惡化。隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人們對能源的需求越來越高，電網(wǎng)鋪設范圍愈加廣泛。但是電網(wǎng)鋪設缺乏新的地形資料，影響電網(wǎng)鋪設的規(guī)劃設計，需完成對其的勘測，獲取新的地形數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)的獲取通?？蛇x用實地探測或常規(guī)航空測量的方式，然而上述方式所需時間長且測量精度低，無法達到工程設計要求。無人機數(shù)字攝影測量技術為現(xiàn)階段較為先進的測繪技術，能夠高效實現(xiàn)地形數(shù)據(jù)的采集，為電網(wǎng)鋪設規(guī)劃提供重要依據(jù)。

1無人機數(shù)字航測作業(yè)流程

無人機數(shù)字航測作業(yè)一般包括航測外業(yè)和航測內(nèi)業(yè)，外業(yè)主要由地面聯(lián)測（影像控制測量）、航攝飛行規(guī)劃設計、航攝飛行等環(huán)節(jié)組成;內(nèi)業(yè)主要由測量數(shù)據(jù)處理、導航數(shù)據(jù)處理、影像數(shù)據(jù)處理、空三加密、基于全數(shù)字攝影測量工作站（DPW）的測繪數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié)組成，由于無人機航攝系統(tǒng)的航攝儀一般采用的是非量測性的普通數(shù)字相機，其相機參數(shù)未知，因此無人機作業(yè)中還應包含數(shù)字相機的高精度幾何檢校等內(nèi)容。無人機低空數(shù)字攝影是通過無人機、飛行控制設備和影像獲取設備在地面控制遙測遙控設備的指令下獲取小面積、真彩色、高分辨率和現(xiàn)實性強的航空影像的過程。無人機低空數(shù)字攝影具有傳統(tǒng)航空攝影測量不可比擬的優(yōu)勢：首先該系統(tǒng)技術門檻較低，使一些非專業(yè)航空攝影測量單位進行航攝成為可能;其次作業(yè)簡便快捷，可以在數(shù)小時以內(nèi)完成風電場航空攝影;再次，無人機實施云下作業(yè)，拓寬了航攝條件;另外，由于無人機航攝項目測區(qū)小，航線較短，不必按照傳統(tǒng)航測考慮地球偏轉(zhuǎn)因素使航線按東西方向敷設，在生產(chǎn)中為了削弱風速的影響可以南北向敷設。

2無人機數(shù)字攝影測量技術在電網(wǎng)鋪設地形測繪中的應用

2.1無人機攝影測量的特點

無人機攝影測量系統(tǒng)有其自身的特點，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）無需機場起降，一般有一段凈空條件稍好的平整公路或者草地即可;（2）能低空作業(yè)、云下攝影，獲取的影像分辨率在0.05～0.5m范圍之間，分辨率高;（3）整系統(tǒng)集成度高，裝載于運輸車中，也可進行鐵路和航空的托運，方便在全國范圍內(nèi)執(zhí)行任務;（4）整系統(tǒng)的維護、維修成本低，總體運行成本低;（5）無人機測繪遙感系統(tǒng)所攜帶的數(shù)碼相機幅面比傳統(tǒng)航攝相機的幅面小的多，因此單架次的航攝面積不能過大。（6）無人機測繪遙感系統(tǒng)地面監(jiān)控站的監(jiān)控范圍一般在20公里以內(nèi)，因此，飛行平臺盡量不要超過20公里的飛行范圍。（7）目前飛行平臺的最大滯空時間為2小時，為了保證能安全回到起飛點，應預留20分鐘的滯空時間，實際的作業(yè)時間在1.5小時以內(nèi)。

2.2數(shù)字影像畸變糾正

光學畸變?yōu)橛跋裣顸c坐標的關鍵，會導致物點、像點與映射中心不處于同一直線，影像形狀出現(xiàn)改變，以及攝影精度降低等，需對其進行糾正。通常數(shù)字影像畸變糾正主要是完成兩個二維影像間的幾何交換，不僅如此，還應掌握原始數(shù)字影像和糾正數(shù)字影像間的關系。假設某點在原始無人機數(shù)字攝影影像中的坐標用q（x，y）進行描述，該點在糾正后影像的坐標用Q（X，Y）進行描述，二者之間有以下映射關系：

式（2）代表的是糾正后的像點Q（X，Y），按照像片內(nèi)外元素和Q點的高程對其在原始圖像上的點q（x，y）進行逆求解，通過內(nèi)插獲取Q的灰度值后，把灰度值賦予Q，利用反解法實現(xiàn)畸變糾正。獲取無人機數(shù)碼相機相關參數(shù)后，完成攝影測量任務。將數(shù)字影像應用于電網(wǎng)鋪設地形測繪中時，應通過相機校驗參數(shù)調(diào)整影像的畸變差?，F(xiàn)階段，大量學者對畸變差調(diào)整模型進行研究，數(shù)碼相機畸變的總調(diào)整模型可描述成：

式中，x?，y?用于描述像點修正值;x，y用于描述像方坐標系下像點坐標;0x，0y用于描述像主點;

用于描述徑向距離;h₁、h₂用于描述徑向畸變系數(shù);p₁、p₂用于描述切向畸變系數(shù);α用于描述CCD非正方形比例系數(shù);β用于描述CCD非正交性畸變系數(shù)。

2.2精度分析

基于DPGrid-LAT軟件平臺的無人機低空數(shù)字攝影測量技術進行風電測繪的精度影響因素主要有設備觀測誤差、人工量測誤差和氣象等外界因素影響產(chǎn)生的誤差;首先，由于無人機低空數(shù)字攝影系統(tǒng)在設計、制造和設備校驗過程中不能避免的存在傳感器量化過程帶來的系統(tǒng)誤差;其次因人感官鑒別能力、技術水平和工作態(tài)度的差異而導致在像控測量、空三和數(shù)據(jù)采集時產(chǎn)生的人為誤差;再次由于天氣狀況對無人機姿態(tài)和成像質(zhì)量的影響產(chǎn)生的誤差。

2.3無人機航攝誤差分析

無人機對紊亂氣流的抵御能力相對較差，主要受到其負載與提及的影響。無人機航攝瞬間有很大的翻滾角、俯仰角與偏航角，因為控三測量平差時需構(gòu)造有效的誤差方程，方程解的優(yōu)劣對無人機數(shù)字攝影傾斜角有要求，盡管采用的數(shù)據(jù)處理方式對大傾角影像適應性很高，然而為空三收斂準確性帶來了很大的難度。無人機數(shù)字攝影測量質(zhì)量直接影響空三準確性，現(xiàn)階段不能建立高準確性POS系統(tǒng)，得到的POS數(shù)據(jù)不能完成空三聯(lián)合平差，僅可將其看作初始值。

結(jié)語

將無人機數(shù)字攝影測量技術應用于電網(wǎng)鋪設地形測繪中，能夠高效實現(xiàn)地形數(shù)據(jù)的采集，為電網(wǎng)鋪設規(guī)劃提供重要依據(jù)，得出結(jié)論如下：（1）糾正前影像存在嚴重的變形情況，而糾正后影像符合實際條件。（2）在正常風力狀態(tài)下，除測區(qū)外邊緣存在少量不符合要求的影像，其余影像均符合技術要求。（3）測驗點平面誤差和高程中誤差均滿足測繪要求。

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