小型無人機(jī)航測技術(shù)在土地測繪中的應(yīng)用

董媛媛

摘要：隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)航拍已成為小范圍地形測繪的主要手段。與傳統(tǒng)的人工測量方法相比，利用無人機(jī)對土地進(jìn)行空中測量投資較少，操作簡單。工作人員只需要熟練使用無人機(jī)就可以勝任工作，通過無人機(jī)航測得到的數(shù)據(jù)可靠性高。通過軟件處理后，可以生成相應(yīng)區(qū)域的航測圖，了解該區(qū)域土地資源的具體信息。文章以大疆精靈4 RTK為例，詳細(xì)介紹了其在土地測繪中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小型無人機(jī);航測技術(shù);土地測繪;應(yīng)用

1無人機(jī)航測技術(shù)概述

1.1無人機(jī)航測系統(tǒng)的組成

無人機(jī)航測系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，比如無人飛行平臺、通信設(shè)備、地面信息接收處理設(shè)備等。此外飛行控制系統(tǒng)、影像獲取設(shè)備也是無人機(jī)航測系統(tǒng)的重要組成部分。而飛控系統(tǒng)則又可以分為陀螺儀、GPS系統(tǒng)、微處理器等。陀螺儀的作用是使無人機(jī)飛行姿勢更加穩(wěn)定，GPS的作用是及時(shí)取得飛行平臺位置信息，而微處理器的作用則是對無人機(jī)進(jìn)行控制，使其自主飛行。而對無人機(jī)影像進(jìn)行接收和顯示的數(shù)據(jù)接收終端和控制無人機(jī)拍攝的設(shè)備則屬于地面配套設(shè)備。

1.2無人機(jī)航測技術(shù)的特點(diǎn)

無人機(jī)航測技術(shù)能夠幫助相關(guān)人員及時(shí)取得分辨率非常高的數(shù)字影像。當(dāng)飛行平臺和數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行完美的配合以后，就可以利用3S技術(shù)開展系統(tǒng)集成，這樣就能夠在比較小的范圍之中取得比例大、色彩真實(shí)的航測遙感數(shù)據(jù)。

（1）與傳統(tǒng)航測存在區(qū)別。無人機(jī)航測使用的數(shù)碼相機(jī)并非測量專用相機(jī)，這種普通數(shù)碼相機(jī)鏡頭畸變量更大。在無人機(jī)航測過程中，通過這種相機(jī)進(jìn)行的低空寬視角拍攝，視點(diǎn)的變化會使得底物幾何變形增大，匹配率隨之下降。無人機(jī)航測與傳統(tǒng)航測數(shù)據(jù)比起來，其數(shù)據(jù)量較大。因?yàn)闊o人機(jī)航測采用了低空、寬相幅，經(jīng)常會出現(xiàn)比較大的旋轉(zhuǎn)角。雖然人們通過各類措施對這種旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行了處理，但是也很難達(dá)到規(guī)范的15度偏角以內(nèi)的要求。

（2）環(huán)境需求低。采用無人機(jī)的平臺其上升和下降的靈活度都非常高，這就使得其對環(huán)境的要求大幅度下降。即便周圍環(huán)境非常惡劣，也能夠進(jìn)行野外作業(yè)。舉個(gè)例子，無人機(jī)對升降跑道的要求并不高，只要有長度在100～200m的空曠公路或者硬地，無人機(jī)就可以在此起降，這就是其應(yīng)用范圍大幅度增加。當(dāng)航測地點(diǎn)的地形為丘陵或者山地的時(shí)候，無人機(jī)的優(yōu)勢也就變得越來越明顯。無人機(jī)受云霧的干擾并不大，而且無人機(jī)的調(diào)整能力也很強(qiáng)。他們在航測過程中可以隨時(shí)調(diào)整飛行方案，這就使得氣候變化對行測產(chǎn)生的影響大幅度規(guī)避。無人機(jī)還能夠進(jìn)行自主飛行，這就使得無人機(jī)的控制要求大大降低。同時(shí)為了做好無人機(jī)保護(hù)工作，各類保護(hù)措施也都已就位，比如滑翔、降落傘等。

（3）受到的約束較小。無人機(jī)在進(jìn)行行測的時(shí)候，其作業(yè)空域一般都不會超過1000m。該范圍屬于超低空或者低空，在這一范圍無人機(jī)所受的約束很小，辦理空域申請也比較容易。除了一些機(jī)場和邊境附近的特殊區(qū)域以外無人機(jī)都可以出現(xiàn)，這就使得其機(jī)動(dòng)性大幅度提升，在分辨率非常高的數(shù)碼影像獲取方面速度也越來越快。

（4）無人機(jī)的成本較低。目前無人機(jī)技術(shù)等級程度變得越來越高，攜帶起來也變得很方便，對運(yùn)輸條件的要求較低。無人機(jī)系統(tǒng)的費(fèi)用較低，操作起來又非常簡單，與飛機(jī)相比無人機(jī)學(xué)習(xí)成本要低很多，而這種很低的成本卻能夠獲得較高的回報(bào)。

（5）作業(yè)區(qū)域小。無人機(jī)航測系統(tǒng)有一個(gè)短板，那就是其續(xù)航時(shí)間并不長，因?yàn)闊o人機(jī)所用的電池會對其續(xù)航時(shí)間產(chǎn)生約束，所以無人機(jī)的作業(yè)范圍并不大。而且受拍攝設(shè)備局限，無人機(jī)航拍系統(tǒng)的相片篇幅都比較小。

2小型旋翼無人機(jī)航測工作流程

在小型旋翼航測無人機(jī)中，大疆無人機(jī)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(yīng)用。以大疆精靈4 RTK為例，影像數(shù)據(jù)處理采用Bentley公司的ContextCapture軟件（簡稱CC）。

2.1航測準(zhǔn)備

航測準(zhǔn)備是到達(dá)測區(qū)之前應(yīng)提前做好的前期準(zhǔn)備工作。其中飛行器準(zhǔn)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4 RTK的電池正常飛行18～24min，而充電時(shí)間約為50min。具體每塊電池的工作時(shí)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(dāng)時(shí)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(yīng)考慮遙控器電池的使用時(shí)間，最好預(yù)備1塊備用電池以便輪流充電使用。另外，測區(qū)范圍應(yīng)提前準(zhǔn)備，建議采用相關(guān)地圖軟件制作的測區(qū)地標(biāo)kml文件導(dǎo)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4 RTK可以在免像控點(diǎn)的情況下進(jìn)行測圖，但控制點(diǎn)能有效提高飛行器航測成圖的精度。因此，合理布設(shè)像控點(diǎn)，準(zhǔn)確測定其坐標(biāo)是航測準(zhǔn)備階段的1個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2.2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(luò)連通。通過遙控器上安裝有sim卡的4G網(wǎng)卡來實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并用網(wǎng)絡(luò)RTK賬號正確登陸服務(wù)器，并確保RTK獲得固定解。如果只對測區(qū)進(jìn)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(shí)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。

2.3相機(jī)參數(shù)設(shè)置

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

2.4航拍作業(yè)

大疆精靈4 RTK無人機(jī)的航拍作業(yè)基本是自動(dòng)完成。當(dāng)飛行器電量降低到警戒值時(shí)，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(diǎn)距離進(jìn)行智能判斷，并選擇合適時(shí)機(jī)返航，無需人工干涉。當(dāng)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。

2.5影像處理

當(dāng)飛行任務(wù)結(jié)束后，將飛行器上儲存卡中的航拍照片導(dǎo)入電腦中以備處理。流程中需要注意：相機(jī)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(biāo)記控制點(diǎn)后進(jìn)行初次空三解算，可以得到控制點(diǎn)的大致位置，以便通過更多包含控制點(diǎn)的照片上精確標(biāo)記控制點(diǎn)，當(dāng)所有控制點(diǎn)標(biāo)記完成后進(jìn)行再次空三解算，以使得所有像控點(diǎn)都被準(zhǔn)確標(biāo)記;重建項(xiàng)目進(jìn)行影像拼接，在空間框架內(nèi)選擇正確的坐標(biāo)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(yùn)行的內(nèi)存空間;如果之前設(shè)定的是構(gòu)建測區(qū)的三維模型，則在三維模型構(gòu)建成功后選擇生成測區(qū)的正射影像圖。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。

綜上所述，在現(xiàn)階段的土地資源管理工作中，通過應(yīng)用無人機(jī)航測技術(shù)，可極大提高土地測繪效率和質(zhì)量。城市化不斷發(fā)展背景下，必須采取可靠、科學(xué)的技術(shù)落實(shí)對土地資源的精細(xì)化管理，以精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息為管理工作提供基礎(chǔ)支撐，保證土地資源管理的有效性。

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