低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)及其質(zhì)量控制

王啟磊

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100190）

低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)及其質(zhì)量控制

王啟磊

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100190）

低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)的應(yīng)用是測繪領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新舉措，利用無人機(jī)靈活、高效、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，使得信息的采集和處理能力有了顯著的提升，而且無人機(jī)在復(fù)雜的地形地勢環(huán)境下也可以有效作業(yè)，極大的減少了測繪成本的投入，測繪精度也可以得到一定的保障。本文論述低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)，并對(duì)遙感測繪系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和質(zhì)量控制要點(diǎn)加以分析，以期實(shí)現(xiàn)低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)的推廣應(yīng)用。

低空無人機(jī)；遙感測繪技術(shù)；優(yōu)勢特點(diǎn)；質(zhì)量控制

1 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)

一般來說，低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)具有快速高效、機(jī)動(dòng)靈活和分辨率高、處理效率快三大優(yōu)勢，在應(yīng)急測繪項(xiàng)目中發(fā)揮了不容忽視的作用。

1.1 機(jī)動(dòng)靈活

相比于大型飛機(jī)的笨重、難于控制、以及對(duì)起飛和著陸場地的嚴(yán)苛要求，低空無人機(jī)的機(jī)動(dòng)靈活一直飽受好評(píng)，其機(jī)身輕便、靈活，有著較高的承載力，對(duì)起降場地的要求也比較低，尤其是在地形復(fù)雜、起降困難的場地，低空無人機(jī)的優(yōu)勢將會(huì)充分的發(fā)揮出來，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大型飛機(jī)。而且低空無人機(jī)無論是在高山、低谷，還是海洋、湖泊，都能夠獲取高清的影像資料，為環(huán)境保護(hù)、災(zāi)區(qū)救援等工作提供了可靠的技術(shù)支持。

1.2 分辨率高、處理速度快

低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)的分辨率高，最高分辨率可達(dá)到0.1m，在處理速度上也優(yōu)于GPS技術(shù)和GIS技術(shù)，每日單機(jī)攝影覆蓋面積可達(dá)到100m2以上，是常規(guī)測繪技術(shù)的30倍以上，能夠很好的滿足地理信息的測繪需求。通過對(duì)測繪圖像的編輯、加密處理，最終得到的圖像會(huì)更加清晰，既能夠符合地理信息測繪標(biāo)準(zhǔn)，又能夠符合用戶的實(shí)際使用要求。此外，由于低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)不需要專業(yè)的飛行班組，測繪的時(shí)間較短，而且能夠自動(dòng)處理信息，減少了人力成本的投入，所以測繪成本得到了極大的縮減。

2 無人機(jī)遙感測繪系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 遙感信息采集系統(tǒng)

低空無人機(jī)遙感測繪系統(tǒng)的遙感信息采集系統(tǒng)主要包括無人機(jī)遙感平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)三大組成部分。

無人機(jī)遙感平臺(tái)。無人機(jī)遙感平臺(tái)可以說是遙感信息采集系統(tǒng)的核心裝置，構(gòu)成元件有無人機(jī)、傳感器、機(jī)載飛控，測繪工作主要依靠無人機(jī)來開展。

飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)是用于控制無人機(jī)的裝置，組成元件有GPS定位器、加速度計(jì)、陀螺等，當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)后，飛行控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析，向無人機(jī)發(fā)出數(shù)字指令，控制無人機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，并對(duì)無人機(jī)的高度、速度、位置進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)信息的精確采集。

地面監(jiān)控系統(tǒng)。地面監(jiān)控系統(tǒng)是低空無人機(jī)遙感測繪系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，由計(jì)算機(jī)、全向天線、監(jiān)控軟件等設(shè)備構(gòu)成，通過監(jiān)控軟件了解無人機(jī)的飛行情況，以便對(duì)飛行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，確保無人機(jī)航線的正確，避免無人機(jī)深入到危險(xiǎn)區(qū)域，同時(shí)利用全向天線接收和發(fā)送信息。

2.2 遙感信息處理系統(tǒng)

低空無人機(jī)遙感測繪系統(tǒng)的遙感信息處理系統(tǒng)由遙感相片處理、空中三角測量系統(tǒng)和全數(shù)字立體測量系統(tǒng)組成。

遙感像片處理。遙感相片處理是根據(jù)任務(wù)航攝規(guī)范表、相機(jī)檢定參數(shù)等初始文件對(duì)原始像片進(jìn)行航帶整理、質(zhì)量檢查、預(yù)處理、拼接、畸變改正等,形成可供野外像控測量和室內(nèi)空三處理的像片文件。

空中三角測量系統(tǒng)?？罩腥菧y量系統(tǒng)是遙感信息處理系統(tǒng)的核心部分,根據(jù)整理好的航帶列表,確定航線間的相互關(guān)系,對(duì)影像進(jìn)行內(nèi)定向,經(jīng)過影像間連接點(diǎn)的布局、像控點(diǎn)量測、平差計(jì)算進(jìn)行自動(dòng)空三加密,以此建立三維立體模型,并進(jìn)行模型定向以及生成核線影像。

全數(shù)字立體測量系統(tǒng)。全數(shù)字立體測量系統(tǒng)由專用的立體觀測設(shè)備、手輪腳盤、三維鼠標(biāo)等硬件和若干軟件模塊組成,可高度自動(dòng)化地生產(chǎn)數(shù)字測繪產(chǎn)品,包括數(shù)字高程模型(DEM)的提取和編輯、數(shù)字正射影像圖(DOM)的生成和鑲嵌、各種比例尺數(shù)字線劃地形圖(DLG)的測繪與編輯等。

3 主要質(zhì)量控制點(diǎn)

3.1 航線規(guī)劃

在應(yīng)用低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)之前必須要做好航線規(guī)劃工作，這是測繪工作順利開展的基礎(chǔ)，也是保障測繪質(zhì)量的有效措施。根據(jù)測繪地點(diǎn)和測繪要求選擇最佳的航行路線，這關(guān)系著測繪成本以及測繪精度，要想降低測繪成本，提高測繪質(zhì)量，對(duì)無人機(jī)航線進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)規(guī)劃是非常必要的。航線規(guī)劃的關(guān)鍵要點(diǎn)如下：第一，確定航線走向，查看測繪區(qū)域內(nèi)是否有水源、泥潭和沼澤，防止無人機(jī)進(jìn)入到上述危險(xiǎn)區(qū)域；第二，進(jìn)行區(qū)域劃分，地形高程控制在攝影高程的15%以內(nèi)，確保測繪范圍對(duì)測繪區(qū)域的全面覆蓋；第三，選定攝影基面，分析航行高度是否得當(dāng)，驗(yàn)證地面分辨率和像片重疊度，最低地面分辨率和最小像片重疊度應(yīng)分別位于攝影區(qū)域的最低和最高處，唯有如此才能減少測繪誤差，保證所成圖像的精度。

3.2 航攝質(zhì)量

在低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)的應(yīng)用過程中還要加強(qiáng)對(duì)航攝質(zhì)量的檢查，重點(diǎn)檢查飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量，一旦發(fā)現(xiàn)航攝質(zhì)量不符合要求要及時(shí)調(diào)整航線，讓無人機(jī)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行重新測繪，避免因局部區(qū)域的測量失誤影響到測繪的整體質(zhì)量。飛行質(zhì)量的檢查主要是對(duì)攝影范圍、角度、航行高度、像片重疊度進(jìn)行檢查，確保上述技術(shù)指標(biāo)的誤差在最大允許范圍內(nèi)。影像質(zhì)量的檢查內(nèi)容有影像的清晰度、分辨率、色調(diào)、層次等，如果影像模糊、分辨率低，或者存在大面積反光、污點(diǎn)、重影、錯(cuò)位，就要對(duì)影像對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行重新測繪。

3.3 像片控制網(wǎng)

低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)通常應(yīng)用于應(yīng)急救援，所測繪的區(qū)域往往呈不規(guī)則分布，像片控制網(wǎng)應(yīng)該根據(jù)區(qū)域網(wǎng)的具體環(huán)境進(jìn)行布設(shè)，二者之間的距離要滿足無人機(jī)的性能要求，尤其要注意的是，由于像控點(diǎn)的位置對(duì)空中三角測量精度產(chǎn)生較大的影響，所以要以此為依據(jù)對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。像片控制網(wǎng)的質(zhì)量控制主要從三方面入手，即布網(wǎng)階段的控制、像控點(diǎn)的選擇、像控點(diǎn)的采集。布網(wǎng)階段要分析像片控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)是否合理，與航行區(qū)域是否一一對(duì)應(yīng)；所布設(shè)的像控點(diǎn)能否覆蓋整個(gè)區(qū)域，與測繪地形的契合度；布點(diǎn)的密度是否適宜，是否需要在航線兩端增加像控點(diǎn)。像控點(diǎn)的選擇則要檢查像控點(diǎn)的位置與旁向重疊中線以及方位線的距離，如果距離過近要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行過調(diào)整；像控點(diǎn)是否為地面上標(biāo)志性的物體，刺點(diǎn)是否清晰，刺點(diǎn)位置是否與實(shí)際物體的位置相符。像控點(diǎn)采集的質(zhì)量控制在于儀器的檢查，測繪方法的選取，操作是否得當(dāng)，確保儀器的性能和精度符合測繪需求，測繪方法科學(xué)、可行，操作準(zhǔn)確、到位。

3.4 模型創(chuàng)建

作為遙感信息處理的核心技術(shù),由影像列表、內(nèi)定向、確定航帶相對(duì)關(guān)系、連接點(diǎn)布局、提取、編輯、平差解算、模型創(chuàng)建、匹配、定向、生成核線影像等關(guān)鍵技術(shù)路線組成,多由遙感信息處理系統(tǒng)軟件完成。由于該部分工作直接影響到立體模型及相關(guān)數(shù)字測繪產(chǎn)品的精度,作業(yè)過程中,除嚴(yán)格按要求操作外,關(guān)鍵步驟宜同步平行操作進(jìn)行校核,以保證處理工作的質(zhì)量。

3.5 立體測圖

立體測圖階段的主要檢查內(nèi)容包括：①地形要素選取以及表示方法的的合理性；②地形要素空間位置的準(zhǔn)確性；③相鄰模型間以及相鄰區(qū)域間圖形之間的三維接邊精度；④空間地理信息屬性特征的正確性。

4 無人機(jī)遙感測繪技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐案例

利用低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)對(duì)臺(tái)山風(fēng)電項(xiàng)目進(jìn)行測繪，規(guī)劃的航行路線如下：本次測繪共分成6個(gè)測繪區(qū)域，70條航行線路，覆蓋面積可達(dá)180km2，無人機(jī)沿著東西方向航行，地面分辨率在0.14和0.18m之間，旁向重疊度為40%，航向重疊度為70%，攝影區(qū)域內(nèi)沒有拍攝死角，經(jīng)過測試該航線符合測繪要求，可以對(duì)測繪區(qū)域進(jìn)行全面的覆蓋。無人機(jī)飛行中向地面發(fā)出的影像非常清晰，層次分明，色彩勻稱，未出現(xiàn)大面積反光和重影現(xiàn)象。經(jīng)過后期處理后，獲得了1120個(gè)立體像對(duì)，生成區(qū)域DEM63km2，制作DOM63km2，測繪1：5000地形圖60km2。在此基礎(chǔ)上,又成功應(yīng)用低空無人機(jī)遙感技術(shù)完成江西永泰航電樞紐庫區(qū)測繪，低空遙感160km2，共布設(shè)5個(gè)航飛區(qū)域，42條航線，獲取1812個(gè)立體像對(duì)，測繪1：5000庫區(qū)地形測繪120km2，通過外業(yè)實(shí)地檢測，平面和高程精度中誤差均符合規(guī)范要求。

5 結(jié)語

無人機(jī)遙感測繪技術(shù)作為近年來的新興技術(shù)，給測繪工作帶來了極大的便利，測繪精度也有了明顯的提升，但是該技術(shù)在應(yīng)用過程中需要特別注意一些問題，如航線規(guī)劃、航攝質(zhì)量的檢查、像控網(wǎng)的設(shè)計(jì)、像控點(diǎn)的選擇等等，因此測繪人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低空無人機(jī)遙感測繪技術(shù)的研究，切實(shí)做好質(zhì)量控制措施，確保該項(xiàng)技術(shù)能夠真正的發(fā)揮實(shí)效。

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