無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 秦萌

1 無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)簡(jiǎn)介

近些年，我國(guó)對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)及發(fā)展給予了足夠的重視。從行業(yè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，不論是自然災(zāi)害的應(yīng)急事件、海洋環(huán)境的調(diào)查，還是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域的研究需要，無(wú)人機(jī)的均做出重要貢獻(xiàn)。中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)通過(guò)多次低空無(wú)人機(jī)航測(cè)實(shí)驗(yàn)，在各種航空攝影測(cè)量設(shè)備的研制上也取得了重大突破。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)已逐漸成為滿足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、數(shù)字城市建設(shè)、應(yīng)急救援、地質(zhì)災(zāi)害、突發(fā)事件處置、環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦井監(jiān)測(cè)、工程設(shè)計(jì)等多項(xiàng)需求的一項(xiàng)重要技術(shù)之一。

無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的快速發(fā)展，使其作為衛(wèi)星遙感和航空遙感的有益補(bǔ)充手段，具有與其他遙感方式相比明顯的優(yōu)勢(shì)。作為一種新型的遙感手段，無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)經(jīng)常以無(wú)人飛艇、無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器和無(wú)人傘翼機(jī)等作為搭載平臺(tái)[1]。其中，無(wú)人飛艇以其巡航速度慢，飛行平穩(wěn)，留空時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)在低空巡邏及監(jiān)視方面表現(xiàn)優(yōu)異。直升飛機(jī)具有對(duì)起降場(chǎng)地要求不苛刻、抗風(fēng)能力強(qiáng)、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、可靈活作業(yè)以及飛行穩(wěn)定等特點(diǎn)。而采用常規(guī)布局的固定翼無(wú)人機(jī)以其高機(jī)動(dòng)性、高荷載性以及氣動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，能夠搭載各種任務(wù)設(shè)備并且出色完成遠(yuǎn)距離航拍和巡線等任務(wù)。

圖1 無(wú)人直升機(jī)

圖2 無(wú)人固定翼機(jī)

圖3 無(wú)人多旋翼飛行器

圖4 無(wú)人飛艇

圖5 無(wú)人傘翼機(jī)

2 無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)組成

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)由三大部分組成：空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)組成[2]（圖6）。

圖6 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的組成

在使用無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，基本過(guò)程大致如下：根據(jù)遙感任務(wù)的區(qū)域情況及需求，在地面控制子系統(tǒng)中規(guī)劃飛機(jī)飛行線路，將設(shè)計(jì)好的航線加載到遙感空中控制子系統(tǒng)中。無(wú)人機(jī)地面控制子系統(tǒng)根據(jù)規(guī)劃好的航線控制無(wú)人機(jī)的飛行，遙感空中控制子系統(tǒng)按照提前設(shè)置好的拍攝模式控制遙感傳感器進(jìn)行拍攝。遙感傳感器子系統(tǒng)存儲(chǔ)獲取的數(shù)據(jù)，無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)使用無(wú)線傳輸通道將飛行數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴目刂谱酉到y(tǒng)。地面人員可以監(jiān)控地面無(wú)人機(jī)飛行路線，如有必要，可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)改變飛行計(jì)劃。在拍攝結(jié)束時(shí)，可以手動(dòng)控制無(wú)人機(jī)降落。

3 無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)在地形測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 影像獲取

本次實(shí)驗(yàn)以大疆精靈4低空無(wú)人機(jī)配套DGI GO4及Umap飛控軟件快速獲取被攝區(qū)域的航攝影像。無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集的流程如圖7所示。

圖7 外業(yè)流程

3.2 空三加密

導(dǎo)入影像并自動(dòng)匹配連接點(diǎn)，然后導(dǎo)入地面控制點(diǎn)，并進(jìn)行刺點(diǎn)。對(duì)于數(shù)碼影像，可運(yùn)用匹配加連接點(diǎn)的方式進(jìn)入平差編輯界面，軟件會(huì)將影像疊拼圖與控制點(diǎn)疊加在一起，可根據(jù)控制點(diǎn)大圖在疊拼圖通過(guò)匹配加連接點(diǎn)進(jìn)入刺點(diǎn)。使用匹配加連接點(diǎn)功能在疊拼圖上單擊后，軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)該位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后進(jìn)入精調(diào)界面進(jìn)行調(diào)整，并在ID里面修改點(diǎn)名保存即可。

圖8 刺點(diǎn)

運(yùn)行平差并導(dǎo)出平差報(bào)告：

圖9 平差報(bào)告

3.3 1比1000地形圖繪制

新建模型并進(jìn)入立體測(cè)圖界面，戴上紅藍(lán)（綠）眼鏡，通過(guò)鼠標(biāo)滾輪調(diào)整測(cè)標(biāo)高程，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊左上角的符號(hào)面板，在模型上畫出對(duì)應(yīng)的地物地貌，矢量窗口中即時(shí)顯示。完成所有規(guī)定的地物地貌的繪制后，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜單欄文件下設(shè)置圖幅參數(shù)，設(shè)置符號(hào)比例為1比1000，將起點(diǎn)X,起點(diǎn)Y，右上X，右上Y,按照測(cè)圖范圍進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完后點(diǎn)擊保存并整飾出版。

圖10 1比1000地形圖

4 結(jié)語(yǔ)

將通過(guò)無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)生成的地形圖與傳統(tǒng)測(cè)量方法測(cè)繪的地形圖進(jìn)行比較，分析其數(shù)據(jù)的精度及可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在滿足飛行條件的前提下，通過(guò)小型無(wú)人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)能滿足1比1000大比例尺地形圖測(cè)繪的需求。隨著無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)水平的不斷提高，無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)在地形圖測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用前景將越來(lái)越廣闊[3]。