探討利用無(wú)人機(jī)影像測(cè)制1∶1萬(wàn)3D產(chǎn)品

朱建華，李　磊，武　堅(jiān)，武利峰，王歷明

（61243部隊(duì),甘肅蘭州730020）

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探討利用無(wú)人機(jī)影像測(cè)制1∶1萬(wàn)3D產(chǎn)品

朱建華，李磊，武堅(jiān)，武利峰，王歷明

（61243部隊(duì),甘肅蘭州730020）

摘要：：無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、獲取數(shù)據(jù)快和可以低空飛行的特點(diǎn)，以甘肅某測(cè)區(qū)為例，介紹其影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)1∶1 萬(wàn)3D（DEM、DOM、DLG）產(chǎn)品的過(guò)程，探討了成果精度，并提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);3D產(chǎn)品;成果精度

1　概述

無(wú)人飛行器低空遙感系統(tǒng)（Unmanned Aerial Vehicle Low Altitude Remote Sensing System，UAVRS）是以無(wú)人機(jī)為攝影平臺(tái)[1]，以CCD相機(jī)(charge-coupled device camera)為影像數(shù)據(jù)獲取工具，飛行高度為2000m左右，能夠獲取高分辨率影像的航空攝影測(cè)量系統(tǒng)[2]。通常由飛行平臺(tái)、成像載體、地面監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、綜合保障等部分組成[3]，具有低成本、輕便靈活、無(wú)需專用機(jī)場(chǎng)支持等特點(diǎn)[4]。目前，利用UAVRS所獲得的高分辯率影像能夠取得多種地形圖產(chǎn)品[5]。本文就無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)后處理工序的生產(chǎn)與應(yīng)用，談?wù)剬?duì)無(wú)人機(jī)影像作業(yè)的思考及建議。

2　試生產(chǎn)應(yīng)用情況介紹

筆者單位在甘肅某機(jī)場(chǎng)進(jìn)行了多次實(shí)飛作業(yè)，并對(duì)所獲取的影像進(jìn)行了后續(xù)處理。成果為1∶1萬(wàn)的3D（DEM、DOM、DLG）產(chǎn)品。現(xiàn)以測(cè)區(qū)試生產(chǎn)為例展開討論。

2.1測(cè)區(qū)概況及所獲取的影像數(shù)據(jù)

測(cè)區(qū)位于甘肅西部，地形由平地過(guò)度到山地，平均海拔1300m，平均高差約200m，區(qū)內(nèi)以沙漠、戈壁為主，植被少，有少量建筑物。作業(yè)區(qū)域的地理情況適用無(wú)人機(jī)飛行，實(shí)飛過(guò)程中獲取影像數(shù)據(jù)為11條航線，288張影像。除小部分影像模糊，個(gè)別區(qū)域影像旁向重疊度低小于35%外，影像質(zhì)量總體良好，符合1∶1萬(wàn)地形圖成圖要求。

2.2攝影測(cè)量試生產(chǎn)情況

試生產(chǎn)采用吉威公司編寫的軟件DPS3.0（Digtal Photograppy System），按照攝影測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)作業(yè)流程，生成三種測(cè)繪產(chǎn)品，分別為數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）[6-7]。作業(yè)總體流程具體如圖1所示。

圖1　無(wú)人機(jī)影像處理生產(chǎn)作業(yè)流程圖

2.3成果精度分析

此次作業(yè)利用GPS RTK技術(shù)野外實(shí)測(cè)26個(gè)像片控制點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行區(qū)域測(cè)量控制平差解算。所取得的空中三角測(cè)量和3D產(chǎn)品的成果精度，見(jiàn)表1。

表1　成果精度統(tǒng)計(jì)表(單位：m)

根據(jù)表1成果精度分析，可以得出：該型無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)可以滿足比例尺為1∶1萬(wàn)測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2.4作業(yè)情況分析

1）影像前期檢查及處理。由于無(wú)人機(jī)在空中作業(yè)時(shí)，受氣流影響較大，造成原始影像變形較大，同時(shí)，鑒于無(wú)人機(jī)空中姿態(tài)的原因，個(gè)別影像出現(xiàn)模糊情況，給影像前期檢查及處理效率造成一定的困難，較常規(guī)航空數(shù)字影像處理效率低20%～30%。

2）空中三角測(cè)量。在進(jìn)行空三加密時(shí)。利用26個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行控制網(wǎng)平差解算，分為“初始構(gòu)網(wǎng)、自由網(wǎng)平差、連接點(diǎn)精確匹配、自由網(wǎng)平差、刺點(diǎn)與控制網(wǎng)平差”等步驟。由于軟件采用由粗到細(xì)，由少到多，逐步精確的方式進(jìn)行全自動(dòng)連接點(diǎn)匹配，完成全自動(dòng)匹配的連接點(diǎn)不僅數(shù)量多，而且分布均勻，有效保證了空三成果精度和穩(wěn)定性，且該匹配技術(shù)對(duì)測(cè)區(qū)形狀、大小、影像質(zhì)量要求較低。因此，所需的工時(shí)比傳統(tǒng)加密方式減少約一半的工作量。

3）數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型作業(yè)。數(shù)字高程模型采用“DEM預(yù)處理，自動(dòng)DSM/DEM匹配，DEM合并”等步驟。數(shù)字正射影像采用“自動(dòng)規(guī)劃，正射糾正，自動(dòng)勻光勻色，鑲嵌線自動(dòng)匹配，鑲嵌成圖”等步驟。從生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，與航空影像數(shù)據(jù)處理相比該軟件自動(dòng)化程度較高，整體效率較高。

4）數(shù)字線劃圖作業(yè)。由于無(wú)人機(jī)所搭載的測(cè)量型相機(jī)像幅過(guò)小，為36mm×48mm，致使數(shù)據(jù)的采集效率低，進(jìn)度慢。比有人航攝數(shù)據(jù)采集所需時(shí)間多3倍以上（在地貌，地物和作業(yè)員熟練情況大致相同時(shí)）。后續(xù)編輯、入庫(kù)、出圖所需工時(shí)基本一致。

3　提高無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)軟硬件的建議

結(jié)合前期作業(yè)的實(shí)際情況和特點(diǎn)，認(rèn)為在無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)在獲取與處理方面可以進(jìn)行改進(jìn)，以提高其應(yīng)用效率和范圍。

1）提高相機(jī)像幅，減少像片數(shù)量。此型無(wú)人機(jī)搭載的相機(jī)像幅為36mm×48mm,在航高2500m航攝時(shí)，某地區(qū)100km2區(qū)域內(nèi)需獲取300張左右影像，造成片像數(shù)量大，預(yù)處理工作量大，影像重疊度大，建議加大相機(jī)的像幅，以減少數(shù)片數(shù)量。

2）穩(wěn)定無(wú)人機(jī)空中飛行姿態(tài)，確保影像重疊度達(dá)到作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于無(wú)人機(jī)體積小，抗氣流等能力弱，造成空中姿態(tài)變化大，在飛機(jī)平穩(wěn)狀態(tài)下航帶間偏移量較大，容易產(chǎn)生航攝漏洞。同一條航帶高差最大80m，平均40m左右。同時(shí)兩條相鄰間航帶由于風(fēng)速和風(fēng)向的原因，造成影像航向、旁向重疊度不夠，利用常規(guī)作業(yè)軟件基本無(wú)法完成后續(xù)空三測(cè)量計(jì)算等作業(yè)。因此飛行作業(yè)前期的準(zhǔn)備工作要充分、細(xì)致，將不利氣候條件影響降到最小。

3）提高無(wú)人機(jī)POS參數(shù)（定位定向參數(shù)）精度。現(xiàn)無(wú)人機(jī)所搭載的相機(jī)POS參數(shù)是利用GPS（全球定位系統(tǒng)）與IMU（慣性測(cè)量裝置）相結(jié)合的方式確定，由于IMU參數(shù)精度不高，造成定位參數(shù)誤差過(guò)大。在飛行穩(wěn)定的情況下，成果影像最大平面誤差約為40m左右，平均誤差25m左右。飛機(jī)受氣象因素干擾時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤差過(guò)大，無(wú)法解算POS數(shù)據(jù)。建議采用精度高的POS系統(tǒng)。

4）提高空中數(shù)據(jù)傳輸速度以方便影像實(shí)時(shí)檢查。由于影像數(shù)據(jù)量過(guò)大，航拍數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)傳輸下載至數(shù)據(jù)處理單元，有一定的時(shí)間延遲。造成不能實(shí)時(shí)人工檢查影像質(zhì)量，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)航攝漏洞及其他影像質(zhì)量問(wèn)題，造成飛行成果生成滯后。建議加大數(shù)據(jù)傳輸流量與速率。

4　小結(jié)

對(duì)于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理功能的拓展，主要是受無(wú)人機(jī)硬件技術(shù)上的不足所影響，難以在短期內(nèi)解決。特別是無(wú)人機(jī)由于體積小，自重輕，空中抗干擾能力差這一先天不足對(duì)獲取影像造成的影響是前期無(wú)法解決的。這些都對(duì)后續(xù)處理提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn):

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中圖分類號(hào)：P318.63