基于CW10無人機(jī)正射影像在國土三調(diào)中的研究

盧永崗

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局天水礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741025）

1 概述

隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)航攝通過快速獲取高分辨率影像，被廣泛應(yīng)用于應(yīng)急保障、國土調(diào)查、國情監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。第三次全國國土調(diào)查的主要任務(wù)是在第二次調(diào)查成果基礎(chǔ)上，按照國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)在全國范圍內(nèi)利用遙感、測(cè)繪、地理信息、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，統(tǒng)籌利用現(xiàn)有資料，實(shí)地調(diào)查土地，全面掌握耕地、園地、林地、草地等地類分布及利用狀況。本文就是基于CW10無人機(jī)航攝影像，在禮縣國土三調(diào)項(xiàng)目中進(jìn)行全流程作業(yè)，應(yīng)用RTK差分技術(shù)與無人機(jī)遙感相結(jié)合的技術(shù),并在重要環(huán)節(jié)進(jìn)行控制措施，提高作業(yè)效率，其作業(yè)高效性和質(zhì)量效果顯著。原有的工作模糊區(qū)域與無人機(jī)航拍成果形成鮮明的對(duì)比，如下圖1～4所示[1]。

圖1 模糊圖（一）

圖2 航拍圖（一）

圖3 模糊圖（二）

圖4 航拍圖（二）

2 項(xiàng)目案例

2.1 測(cè)區(qū)概況

禮縣測(cè)區(qū)平均海拔1350m ，地貌類型屬隴南山區(qū)秦嶺山地之間斷陷部分的西禮盆地，地貌形態(tài)多樣，立體氣候明顯，日照充足。測(cè)區(qū)長6.9km寬4.6km，面積31.7km2，國家下發(fā)1：10000比例尺影像圖，由于云層遮擋，建筑陰影和北方冬季植被的覆蓋等原因，給影像解譯和圖斑勾畫的準(zhǔn)確度帶來了一定影響，因此項(xiàng)目組決定在有困難和要求相對(duì)較高的建筑密集區(qū)進(jìn)行航拍1:2000正射影像，來方便圖斑屬性的判定，為外業(yè)舉證減少了工作量,提高了勾畫精準(zhǔn)度[2]。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施

本次采用四川縱橫CW10無人機(jī)，采用固定翼結(jié)合四旋翼的復(fù)合機(jī)翼布局形式，增加多軸動(dòng)力單元，可以保證全程自主飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換起降等飛行任務(wù)，能在簡(jiǎn)易的場(chǎng)地做垂直起降，在復(fù)雜地形順利作業(yè)。應(yīng)用GCS-202地面站和數(shù)傳系統(tǒng)，可全程利用CWCommander軟件對(duì)無人機(jī)監(jiān)控。翼展2.6m，最大速度30m/s，抗風(fēng)5級(jí)，任務(wù)荷載2KG，續(xù)航時(shí)間90分鐘，相機(jī)為索尼a7RⅡ數(shù)碼相機(jī)，像幅7952×5304像素，相機(jī)的鏡頭焦距為35mm，40A+10A的鋰電池。作業(yè)流程為：

圖5 流程圖

2.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

為保證本次無人機(jī)航拍質(zhì)量，在下列環(huán)節(jié)進(jìn)行了控制，①作業(yè)前的檢查，作業(yè)前獲取準(zhǔn)確的內(nèi)方位元素和畸變參數(shù)，確保飛機(jī)飛控和杭電參數(shù)正常，航線的科學(xué)設(shè)計(jì)。②相機(jī)設(shè)置，在中午前后航攝光圈一般設(shè)置為11.0≥F≥8.0，感光度（ISO）設(shè)置為250，像點(diǎn)位移與曝光時(shí)間的計(jì)算公式為像點(diǎn)位移一般要保證不能超1/3像素。③航線布設(shè)，本次共布設(shè)航線10條，構(gòu)架航線6條，共69個(gè)路航點(diǎn)，航向重疊度為70﹪，旁向重疊度為60﹪，相對(duì)行高1550m，拍照間距為318.2m，航線間距為636.2m，飛行過程如下圖6。

圖6 航線圖

2.4 外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)

本次使用GPS、POS輔助空三測(cè)量，為了保證成果精度，布設(shè)了一定的地面像控點(diǎn)，作為控制測(cè)量和驗(yàn)證。

①通過地面布設(shè)像控點(diǎn)，將影像坐標(biāo)系和測(cè)圖坐標(biāo)系統(tǒng)聯(lián)系起來，像控點(diǎn)盡量選在上下兩條航線六片重疊范圍內(nèi)，使控制點(diǎn)能用于多張像片。本次在航拍區(qū)域均勻布設(shè)3組共45個(gè)平高點(diǎn)，所有像控點(diǎn)均采用噴紅漆的方法，在地面明顯地方噴2M×2M紅十字標(biāo)志。②像控點(diǎn)測(cè)量采用RTK進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量次數(shù)為兩次，如果兩次差值在要求范圍內(nèi)，取兩次平均值作為像控點(diǎn)坐標(biāo)成果。

2.5 空三加密及數(shù)據(jù)處理

對(duì)獲取的244張影像數(shù)據(jù)與POS數(shù)據(jù)文件相對(duì)應(yīng)，機(jī)載POS數(shù)據(jù)是GNSS/MU輔助空中三角測(cè)量中的重要要素,機(jī)載POS數(shù)據(jù)的質(zhì)量對(duì)提高空三加密的精度,具有重要的影響?？杖用懿捎肐npho全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，由于是無人機(jī)自主進(jìn)行作業(yè)，首先要進(jìn)行相片的質(zhì)量檢查和相關(guān)的糾正，然后利用軟件加密平差。具體流程如下：①外業(yè)控制點(diǎn)文件和相機(jī)文件檢查，確保所有數(shù)據(jù)文件相對(duì)應(yīng)；②粗差檢查，經(jīng)過一系列的評(píng)估計(jì)算，直到剔除所有粗差；③利用已有的內(nèi)方位元素，POS輔助測(cè)得的外方位元素，地面布設(shè)的像控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差處理。

2.6 DOM制作

利用空三獲得的成果及影像匹配獲得的數(shù)據(jù)制作DOM。具體步驟為：①資料準(zhǔn)備，②色彩調(diào)整，③DEM采集，④影像糾正（融合），⑤影像鑲嵌，⑥圖幅裁切，⑦質(zhì)量檢查，⑧成果整理與提交。

2.7 DOM精度評(píng)定

DOM的檢查包括空間坐標(biāo)系統(tǒng)、精度、影像質(zhì)量、邏輯一致性和附件質(zhì)量檢查。DOM地物點(diǎn)相對(duì)于實(shí)地同名點(diǎn)的點(diǎn)位兩倍中誤差為其限差，特殊地區(qū)可放寬0.5倍。本次利用CORS站，選244張影像中30張影像的地物特征點(diǎn)，在實(shí)地測(cè)量對(duì)比，經(jīng)計(jì)算相對(duì)中誤差為：Mxy=0.150m，Mz=0.099m，柵格數(shù)據(jù)集統(tǒng)計(jì)最小值為0，最大值為255，平均值為68.864，標(biāo)準(zhǔn)差為70.573，波段數(shù)為3，像素深度為8位。航飛中及時(shí)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行檢查，航向重疊度不得小于60%，相鄰航線的旁向重疊度不得小于30%。航攝影像檢查：測(cè)區(qū)是否全覆蓋，影像應(yīng)清晰，顏色飽和、反差適中，色調(diào)適中、不偏色、能辨認(rèn)出地面上最暗處的影像細(xì)節(jié)，不得有色斑、大面積壞點(diǎn)以及曝光過度等問題[3-5]。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的航空測(cè)量對(duì)機(jī)場(chǎng)和天氣條件依賴比較大，成本高，風(fēng)險(xiǎn)大，相比在小范圍內(nèi)，無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)可大幅度提升測(cè)繪行業(yè)的作業(yè)效率，憑借操作簡(jiǎn)便、快速高效、機(jī)動(dòng)靈活、成本低、天氣因素可控等優(yōu)勢(shì)，正逐漸顛覆傳統(tǒng)測(cè)繪的作業(yè)方式，成為測(cè)繪行業(yè)的主流，本文就縱橫大鵬CW10無人機(jī)，用固定翼結(jié)合多旋翼垂直起降,具有起降安全便捷，可實(shí)現(xiàn)全自主飛行，采用GPSRTK差分定位等特點(diǎn)，在國土三調(diào)項(xiàng)目中的應(yīng)用，進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，其效率、質(zhì)量效果明顯，希望無人機(jī)航測(cè)在今后的發(fā)展中，能給大家?guī)砀嗟膮⒖挤桨负屠脙r(jià)值。