低空無人機航攝系統(tǒng)在四川地形測繪中的應用

陳玲，潘伯鳴，曹黎云

(常州市測繪院，江蘇常州 213002)

低空無人機航攝系統(tǒng)在四川地形測繪中的應用

陳玲?，潘伯鳴，曹黎云

(常州市測繪院，江蘇常州 213002)

低空無人機航攝系統(tǒng)作為全數(shù)字攝影測量的有力補充，目前在應急測繪及小面積高分辨率地理信息數(shù)據(jù)快速獲取等方面已起到越來越重要的作用。本文介紹了無人機低空攝影測量系統(tǒng)的概況，并以四川綿竹旅游規(guī)劃測繪項目為例，闡述了應用無人機低空攝影測量系統(tǒng)進行地形測繪的流程及方法。

無人機航攝系統(tǒng)；地形測繪

1 引 言

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備。地面、艦艇上或母機遙控站人員通過雷達等設備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。近些年，無人飛機航攝系統(tǒng)在測繪方面的應用越來越廣泛。

衛(wèi)星遙感和常規(guī)航攝技術(shù)由于周期長、費用高，無法及時有效地滿足應急測繪、小面積高分辨率地理信息數(shù)據(jù)更新的需求。無人飛機航攝系統(tǒng)是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補充，具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業(yè)成本低、適用范圍廣等特點，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢。

2 無人機簡介

低空無人飛行器航攝系統(tǒng)是高分辨率及高精度遙感影像獲取和處理的嶄新技術(shù)。它以無人駕駛飛行器為飛行平臺，負載數(shù)碼相機、數(shù)碼攝錄機等數(shù)字遙感設備進行拍攝和記錄，通過遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)進行影像的同步傳輸，通過無人機航攝的后期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行影像數(shù)據(jù)的糾正與編輯，以實現(xiàn)對地理信息的實時調(diào)查與監(jiān)測。

我國研制無人機已有40幾年的歷史，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前，世界上30余個國家和地區(qū)已研制出了50多種無人機，無人機型號超過300余種。在我們國內(nèi)也已有多家單位成功研制出無人機攝影測量系統(tǒng)及后期數(shù)據(jù)處理平臺，如“QuickEye”、“華鷹”、“飛象”等。采用無人機系統(tǒng)，可在超低空云下作業(yè)，對天氣的依賴非常小，而且不需要專用機場，起降簡單，操作靈活，具有機動快速的響應能力，獲取地面影像的速度非常快。

2.1 無人機的優(yōu)勢

(1)云下攝影，受氣候影響小，可低空飛行。

(2)攝影方向任意，比航空攝影測量應用范圍更寬廣。

(3)較小遮擋，場地限制少，效率高。

2.2 系統(tǒng)組成

(1)空中部分:云臺(含穩(wěn)定平臺)、數(shù)碼相機、執(zhí)行部分、自動控制設備、差分GPS、攝像機、通訊設備。

(2)地面部分:地面GPS、手控設備、編碼器、計算機、通訊設備，如圖1所示。

圖1 無人機系統(tǒng)組成

3 無人機航攝系統(tǒng)在四川測繪項目中的應用

四川綿竹是江蘇省對口援建城市，常州市的對口援建特別是規(guī)劃和測繪工作得到了高度肯定，根據(jù)四川綿竹沿山地區(qū)的旅游規(guī)劃、設計和管理需要，需對沿山公路的5個重點村進行1∶1 000地形圖、1∶5 000地形圖控制測量，地形數(shù)據(jù)采集及成圖，為這些重點村進行控制性規(guī)劃服務。綿竹沿山地區(qū)位于龍門山脈與平壩地區(qū)交界處，整個作業(yè)區(qū)呈現(xiàn)中部及東部與南部較低、平，其他區(qū)位較高的盆地特點，整個測區(qū)地形比較復雜。四川綿竹春季又以陰雨天為主，少有晴天，再加上工期非常緊張，如果采用全野外施測方案和傳統(tǒng)航空攝影測量，工期來不及，結(jié)合測區(qū)實際情況，常州市測繪院大膽嘗試采用無人機航測系統(tǒng)進行航空攝影測量，并在很短期限內(nèi)順利完成了四川綿竹市沿山地區(qū)5村莊旅游規(guī)劃測繪項目。

3.1 測區(qū)概況

綿竹沿山地區(qū)位于龍門山脈與平壩地區(qū)交界處，主要包括5個鎮(zhèn):漢旺鎮(zhèn)、九龍鎮(zhèn)、遵道鎮(zhèn)、土門鎮(zhèn)、廣濟鎮(zhèn)。測區(qū)總面積約31.4 km2。

3.2 技術(shù)流程(如圖2所示)

圖2 技術(shù)流程圖

圖3 不同比例尺測區(qū)劃分

3.3 航線規(guī)劃和測區(qū)劃分

在山區(qū)進行航飛需避開山頭，保持安全的航高，采用1∶10 000地形圖進行精確的高度判準，使航飛的高度保持在安全的區(qū)域。同時要劃定不同的測區(qū)，精度要求比較高(1∶1000或1∶2000等)的山谷地帶、精度要求較低的山頭地帶要分開劃分測區(qū)，如圖3所示，并根據(jù)山體走勢，避免氣流突變，確保飛行安全。

3.4 像控布設

考慮到項目工期緊張及飛行的具體情況，像控點的布設采用400 m正方形格網(wǎng)布設，角點處周圍即作為像控點的采集區(qū)域。測區(qū)外圍凹凸處適當增加像控點。

3.5 空三解算

由于無人機獲取的航片不僅像幅小，影像畸變大，而且偏角和滾角也大。為此，本項目采用DPGrid進行空三加密與平差解算，其自動空三模塊DPGrid.AT具有快速并行處理海量數(shù)據(jù)的能力，平差模塊DPGrid. BA具有處理姿態(tài)極差航片的能力。能夠快速高效地生成大量高精度、高強度的模型連接點，獲得高精度的空三加密結(jié)果，以滿足大比例尺測圖的要求。空三加密成果精度如表1所示。

多余控制點誤差表 表1

以丘陵地形為參照，表1所列多余控制點平面與高程殘差最大差值均小于丘陵地限差(平面0.5 m，高程0.4 m)，符合相關規(guī)范要求。

3.6 立體測圖

由于無人機航片具有像幅小、姿態(tài)差的特點。我們采用了蘇武現(xiàn)代數(shù)字攝影測量軟件進行內(nèi)業(yè)立體判測，其能自動、最優(yōu)地切換立體模型，免除繁瑣地手工調(diào)模型，而且無需生成核線影像，適合無人機航片測圖。測圖界面如圖4所示。

小飛機的像元分辨率只有DMC的一半左右，所以立體判讀要比普通DMC數(shù)據(jù)困難一些，尤其是桿狀地物，如電桿等，需仔細判讀。

圖4 蘇武現(xiàn)代數(shù)字攝影測量工作界圖

3.7 質(zhì)量情況

我們對成果數(shù)據(jù)進行檢查:抽取最終成果的10%，檢查內(nèi)容包括平面精度檢測，高程精度檢測，間距中誤差丈量統(tǒng)計以及圖面巡視檢查。

最終檢查如表2所示。

數(shù)學精度檢查統(tǒng)計表 表2

通過對所抽查圖幅的各項質(zhì)量特性檢查，本項目的1∶1 000、1∶5 000地形圖的數(shù)學精度、地理精度符合要求，圖面內(nèi)容表達清晰，地物地貌取舍合理，均符合規(guī)范及設計要求。四川綿竹沿山地區(qū)5村莊旅游規(guī)劃測繪項目前已由江蘇省測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗站全面驗收合格。

4 無人機航空攝影測量與傳統(tǒng)航空攝影測量的比較

與傳統(tǒng)的航空攝影相比，無人機航空攝影受天氣影響小，具有輕便靈活、反應迅速的優(yōu)點，它不需要專用的起降機場、也不需要昂貴的導航通訊設備，可大大降低航空攝影的成本。但由于像幅較小，降低了單位時間內(nèi)航空攝影的效率，難以進行大面積航攝，而且增加了加密與測圖的工作量，降低了高程精度。此外，無人機航空攝影測量對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的技術(shù)要求還較高。

5 結(jié) 語

目前低空無人機在測繪領域的應用還處于探索階段，在實際工作中也免不了遇到一些困難，如區(qū)域網(wǎng)的設計、山區(qū)植被密集區(qū)像控點的布設及空三加密等，還需要不斷嘗試和總結(jié)經(jīng)驗。

[1] 張祖勛.從數(shù)字攝影測量工作站(DPW)到數(shù)字攝影測量網(wǎng)格(DPGrid)[J].武漢大學學報(信息科學版)，2007 (07)

[2] 何敬，李永樹，魯恒等.無人機影像的質(zhì)量評定及幾何處理研究[J].測繪通報，2010(4)

[3] 杜全葉，陸錦忠.無人飛艇低空攝影測量系統(tǒng)及其DOM制作關鍵技術(shù)[J].測繪通報，2010(6)

[4] 凡亦文，劉全海，高文濤等.無人機航空攝影測量在大比例尺測圖中的應用.第十七屆中國遙感大會摘要集，2010

[5] 中國標準出版社第四編輯室.測繪標準匯編——攝影測量與遙感卷[M].北京:中國標準出版社，2009

The Application of Low Altitude Unmanned Aerial Mapping System to Survey and Map of Geography in Sichuan

Chen Ling，Pan Bomin，Cao Liyun
(Changzhou Serveying and Mapping Institute，Changzhou 2130002，China)

The low altitude Unmanned aerial mapping system as the total amount word photographs measured emollient add，have already had a more and more important function in the aspects of meeting an emergency to survey and map and the small area high resolution geography information data quickly obtaining to wait currently.This text introduced unmanned machine low altitude to photograph the general situation of measuring the system，and with the Mian bamboo tour programming in Sichuan surveys and maps item for example，elaborated that the applied unmanned machine low altitude Unmanned aerial mapping system to carry on the process and method that the geography surveys and maps.The application that photographs to measure system in the aspects of surveying and mapping to the low altitude Unmanned aerial has better expansion meaning.

Unmanned machine Unmanned Aerial Mapping System；the geography surveys and maps

2011—02—17

陳玲(1979—)，女，工程師，現(xiàn)主要從事航空攝影測量、4D生產(chǎn)等相關技術(shù)工作。

1672－8262(2011)05－75－03

P237

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