無(wú)人機(jī)在帶狀地形監(jiān)測(cè)方法中的應(yīng)用研究

王剛

摘 要：近幾年來，無(wú)人機(jī)發(fā)展迅速，在穩(wěn)定性、續(xù)航能力、自動(dòng)化等方面都有了較大程度的進(jìn)步。本文通過對(duì)無(wú)人機(jī)在某高速鐵路航測(cè)項(xiàng)目作業(yè)方法的研究，充分顯示了無(wú)人機(jī)在小面積測(cè)區(qū)機(jī)動(dòng)、快速成圖的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；航測(cè)；帶狀地物；遙感

中圖分類號(hào)： P217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）24-190-2

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，土地使用情況的變化日益頻繁。高速鐵路、高速公路、石油管線、電力設(shè)施等帶狀地物日漸增多，為了有效地加強(qiáng)對(duì)關(guān)注區(qū)域的監(jiān)督管理，以低空無(wú)人飛行器為遙感平臺(tái)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)察技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)關(guān)注區(qū)域動(dòng)態(tài)高效監(jiān)測(cè)監(jiān)察提供了便利。

2 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)是衛(wèi)星遙感和有人機(jī)遙感的有效補(bǔ)充，具有高分辨率圖像和高精度定位數(shù)據(jù)獲取能力，是當(dāng)今重要的遙感數(shù)據(jù)來源。其主要優(yōu)勢(shì)在于高機(jī)動(dòng)性、惡劣條件下作業(yè)、對(duì)同一區(qū)域重復(fù)觀測(cè)的能力，可快速獲取實(shí)時(shí)的地面影像信息，實(shí)現(xiàn)以無(wú)人機(jī)遙感為基礎(chǔ)的多源遙感支持下的國(guó)土資源監(jiān)測(cè)。

本次飛行平臺(tái)采用DM-110型無(wú)人機(jī)，其為固定翼型，彈射起飛，傘降回收，巡航速度110km/h，飛行時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)，搭載目前無(wú)人機(jī)主流傳感器—Canon5D Mark3相機(jī)。

3 外業(yè)飛行

同傳統(tǒng)航測(cè)工作流程類似，無(wú)人機(jī)航攝飛行主要包括航線設(shè)計(jì)、飛行控制、原始數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等步驟。

3.1 航線設(shè)計(jì)

根據(jù)成圖比例尺、結(jié)合無(wú)人機(jī)系統(tǒng)搭載相機(jī)參數(shù)，確定航高、基線長(zhǎng)度作業(yè)參數(shù)，然后根據(jù)測(cè)區(qū)地理位置及地形地貌利用專業(yè)軟件進(jìn)行航攝分區(qū)及航線敷設(shè)，如圖1為某高速鐵路航線設(shè)計(jì)圖。

3.2 飛行控制

航線設(shè)計(jì)完成后，作業(yè)組抵達(dá)測(cè)區(qū)進(jìn)行外業(yè)飛行，根據(jù)無(wú)人機(jī)自身性能選擇合適的起降場(chǎng)地，一般無(wú)人機(jī)起飛、降落一般由操作員操作完成，航線內(nèi)部飛行時(shí)，飛機(jī)將轉(zhuǎn)換為自動(dòng)駕駛狀態(tài)。無(wú)人機(jī)在空中航拍中，會(huì)將飛行狀態(tài)傳輸至地面的控制系統(tǒng)，作業(yè)員可實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行狀態(tài)。在航攝時(shí)需注意確保有充足的光照度，避免過大的陰影影響航攝質(zhì)量。

3.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

由于無(wú)人機(jī)搭載相機(jī)為普通數(shù)碼相機(jī)，且自身平臺(tái)體積小、抗風(fēng)能力差，導(dǎo)致獲取的影像存在偏角過大、重疊度不均勻等問題。因此，外業(yè)飛行完成后，首先需要利用相關(guān)軟件進(jìn)行原始數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，檢查內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)完整性、影像航向、旁向重疊度及影像旋角檢查等內(nèi)容，通過質(zhì)量檢查后，方可進(jìn)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。

4 數(shù)據(jù)處理方案

外業(yè)飛行完成后，需進(jìn)行如下環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理：外業(yè)控制測(cè)量、空中三角測(cè)量、數(shù)字正射影像制作。具體流程如圖2所示：

4.1 影像畸變差糾正

由于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)搭載相機(jī)為普通數(shù)碼相機(jī)，其拍攝圖像存在較大的畸變，為此首先需要利用專業(yè)的室外檢校場(chǎng)精確標(biāo)定相機(jī)內(nèi)方位元素及相關(guān)畸變參數(shù)，然后對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)全部原始影像進(jìn)行畸變差糾正。

相機(jī)檢校參數(shù)應(yīng)包括主點(diǎn)坐標(biāo)、主距和畸變差方程系數(shù)，檢校時(shí)應(yīng)在地面或空中對(duì)檢校場(chǎng)進(jìn)行多基線、多角度攝影，通過攝影測(cè)量平差方法得到相機(jī)參數(shù)最終解，并整理精度報(bào)告，精度應(yīng)滿足：主點(diǎn)坐標(biāo)中誤差不應(yīng)大于10um，主距中誤差不應(yīng)大于5um，經(jīng)過畸變差方程式及測(cè)定的系數(shù)值擬合后，殘余畸變差不應(yīng)大于0.3像素。

4.2 控制點(diǎn)布設(shè)

現(xiàn)有無(wú)人機(jī)系統(tǒng)所用POS系統(tǒng)精度均較差，無(wú)法直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)后處理，所以需利用控制點(diǎn)進(jìn)行正射糾正。

像控測(cè)量可采用靜態(tài)聯(lián)測(cè)或GPS RTK方式進(jìn)行觀測(cè)。

采用靜態(tài)聯(lián)測(cè)方法時(shí)，若測(cè)區(qū)附近有基準(zhǔn)點(diǎn)，像控點(diǎn)直接與基準(zhǔn)站進(jìn)行聯(lián)測(cè)；若無(wú)GPS基準(zhǔn)站，通過對(duì)測(cè)區(qū)的實(shí)地踏勘，充分考慮交通、地形、觀測(cè)條件等因素，在離測(cè)區(qū)最近處設(shè)臨時(shí)基站。像控點(diǎn)聯(lián)測(cè)觀測(cè)15-20分鐘。

采用雙頻GPS用RTK作業(yè)模式進(jìn)行施測(cè)時(shí)，要求測(cè)站觀測(cè)前流動(dòng)站先上一個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行檢查，兩個(gè)固定站之間聯(lián)測(cè)相同點(diǎn)，保證像控點(diǎn)的精度，避免粗差。

4.3 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量是為正射影像制作提供影像外方位元素及定向控制點(diǎn)，主要作業(yè)過程分為相對(duì)定向、構(gòu)建自由網(wǎng)、控制點(diǎn)量測(cè)、區(qū)域網(wǎng)平差。

絕對(duì)定向環(huán)節(jié)中，在區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算結(jié)束后，基本定向點(diǎn)殘差、檢查點(diǎn)誤差及公共點(diǎn)校差按GB/T 7930執(zhí)行，當(dāng)成果僅用于數(shù)字正射影像圖制作時(shí)，高程精度可適當(dāng)放寬。

4.4 正射影像制作

導(dǎo)入空三加密后生成的DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合空三成果，進(jìn)行正射糾正、勻光勻色和智能鑲嵌加上少量的人工編輯得到最終的DOM成果。

影像糾正可采用數(shù)字微分糾正等方法，糾正范圍選取影像的中心部分，同時(shí)保證影像之間有足夠的重疊區(qū)域進(jìn)行鑲嵌，勻色處理應(yīng)縮小影像間的色調(diào)差異，使色調(diào)均勻，反差適中，層次分明，保持地物色彩不失真，不應(yīng)有勻色處理的痕跡。鑲嵌后影像應(yīng)確保無(wú)明顯拼接痕跡、過渡自然、紋理清晰。

5 總結(jié)

隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)應(yīng)用越來越廣泛。無(wú)人機(jī)航測(cè)以其機(jī)動(dòng)性能高、成圖速度快的特點(diǎn)被廣大測(cè)繪單位應(yīng)用。本文所舉事例測(cè)區(qū)為一條長(zhǎng)度40千米的高速鐵路，成圖帶寬為400米，成果分辨率0.2米。接到任務(wù)后從航線設(shè)計(jì)到成果提交總共用時(shí)不到3天。充分體現(xiàn)了無(wú)人機(jī)快速機(jī)動(dòng)的性能。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 呂立蕾，張衛(wèi)兵，等.低空無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在長(zhǎng)距離輸油（氣）管道1：2000帶狀地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2013（4）.

[2] 湯明文.無(wú)人機(jī)在電力線路巡視中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力，2013，46（3）.