無人機航測在大同地區(qū)關鍵影響因素研究

宋杰 馮軍 王偉

摘要：本文針對無人機在大同地區(qū)的航飛技術各環(huán)節(jié)的關鍵影響因素作出分析，綜合考慮該區(qū)域影響成果的因素，通過對大同地區(qū)不同地形條件實施航測項目的若干數(shù)據(jù)成果和經(jīng)驗進行分析對比，得到適合于大同地區(qū)航空攝影測量項目實施的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和技術參數(shù)，總結(jié)出利于安全飛行、提高成果質(zhì)量、改進空三效果的部分技術解決方案。

關鍵詞：無人機航測;大同地區(qū);關鍵因素

1概述

無人機航空攝影測量技術（以下簡稱航測）的關鍵步驟，航測空三成果質(zhì)量直接影響地形圖成圖精度。大同地區(qū)各區(qū)域氣象氣候條件、地形地貌條件、地面覆蓋、溫差等都有較大的區(qū)別，屬于較為典型的作業(yè)區(qū)域。通過多次在大同不同區(qū)域航測項目作業(yè)，分析外業(yè)航拍、像控點測量，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理等關鍵技術流程，采取統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理方法的情況下，發(fā)現(xiàn)不同影響因素產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)精度成果，關鍵影響因素都有滿足規(guī)范的參數(shù)設置范圍和技術解決方案。

2航測影響因素分析

2.1地形地貌因素

大同地區(qū)山地面積約為278平方公里，約占總面積的比例13.4%，山地大部分屬于大同煤田分布范圍，有較為豐富的煤炭資源，主要測區(qū)有西北部的呂梁山脈和陰山山脈所含的地形數(shù)據(jù)測量，主要有采涼山、二朗山、云門山、白登山、雙山等;同時有東南部山脈的太行山脈，主要有六棱山、恒山、太白山等;丘陵地面積約為1177平方公里，占比約56.6%，測區(qū)內(nèi)主要包含部分礦區(qū)、居民地及耕地等用地建設測量;平川面積約為626平方公里，約占總面積的30%，主要包含城市建設、耕地復墾等測量數(shù)據(jù)。其中，山地、丘陵主要集中于西、北及東北部地區(qū)，而平川區(qū)位于東南部。根據(jù)大同的地形分布，分別對山地大北溝測區(qū)（1201.17-1497.35m），丘陵地北辛窯測區(qū)（標高1279.32-1433.98m），平川懷仁測區(qū)（標高978.4-1028.6m）進行了1：1000大比例航空攝影測量。一般情況下，地形的高差影響航測分區(qū)的劃分，分區(qū)內(nèi)的地形高差一般不大于四分之一行對航高，當航攝比例尺大于或者等于1：7000時，一般不應大于六分之一相對航高。依據(jù)設計，設置航飛參數(shù)如表1所示。

地形影響數(shù)據(jù)研究采用智能鳥KC1600型號無人機為航飛平臺，索尼A-7R為攝影相機定焦拍攝，相機參數(shù)如下：焦距（35mm）、光圈大小（F7.1）、曝光時間（11000）、感光度（650）。

像控點布設方式：航測標準全野外布點法

空三加密方法：POS輔助空中三角測量，光束法平差。

空三數(shù)據(jù)處理平臺：INPHOUASMaster7.0。

控三加密主要處理流程：準備工作（數(shù)據(jù)整理、影像預處理、POS數(shù)據(jù)解算、相機檢校）—新建工程—影像位置檢查—同名點提取—控制點量測—聯(lián)合平差—精度評定—地面模型生成。

通過一個架次航飛，數(shù)據(jù)成果分析表如表2所示。

通過數(shù)據(jù)分析，懷仁測區(qū)所航飛數(shù)據(jù)，采取統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理方法，均為有效數(shù)據(jù)，完全滿足1：1000比例尺地形圖精度要求，且精度較高，在航飛平臺性能滿足要求的情況下，可擴大一架次測區(qū)面積，數(shù)據(jù)利用率高效果好。北辛窯測區(qū)航飛數(shù)據(jù)，符合精度有效面積占比78%，部分加密控制點高程中誤差接近于1.5倍中誤差的限制，丘陵地區(qū)一架次有效面積最大約為7.8km2。大北溝測區(qū)數(shù)據(jù)符合精度有效面積占比46%，精度都滿足規(guī)范要求，且精度較好，在滿足限差要求的情況下，可通過增加像控點數(shù)量的方法，擴大滿足精度的有效面積，使山區(qū)一架次有效面積達到5km2以上。

2.2氣象條件因素

風向風速：在航飛過程中，如果風向不停變化，無人機在空中俯仰、翻轉(zhuǎn)、側(cè)滾的姿態(tài)發(fā)生雜亂無章的變化，影響飛行攝影成像姿態(tài)。風速過大且側(cè)向刮向無人機會影響無人機的航飛軌跡，導致無人機偏離航向影響旁向重疊度;風速過大且順向或者逆向刮向無人機會影響無人機航飛速度，進而影響航攝航向重疊度。大同地區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，夏季、秋季風量較小，春冬季盛行西北風，因此起飛方向多為西北方向，具體實施可借助風力測試儀。山地、丘陵兩測區(qū)航飛風力等級為5級左右，相片姿態(tài)角較差，在選擇航飛日期和航飛時段時較為困難，一般在四級左右以內(nèi)實施航測飛行，最大不超過六級，平川懷仁測區(qū)姿態(tài)很好，受風力影響基本可忽略。

光照條件：在飛行過程中，有時候會出現(xiàn)光照強度不足或者光照分布不均勻等問題。光照強度影響相機成像亮度、清晰度。輕微的亮度變化即可對相機的設置提出較高的要求;光照分布不均勻一般是由天邊云彩分布不均勻或者云彩移動所導致，這種情況下，地面會出現(xiàn)部分地物被陰影覆蓋，造成整張航片部分位置發(fā)暗或者測區(qū)部分區(qū)域發(fā)暗，從而影響內(nèi)業(yè)成圖時地物采集。根據(jù)多測區(qū)數(shù)據(jù)對比，仍采用索尼A-7R相機拍攝，在晴朗天氣，大同地區(qū)相機光圈大小最佳設置范圍為f5～f8;曝光時間最佳設置范圍為1500～11600s，當曝光時間大于1200s時，會出現(xiàn)較為嚴重拖影現(xiàn)象;感光度ISO最佳設置范圍為400-1600，按此范圍設置相機參數(shù)，相片成果可滿足項目要求。此外航攝時間一般控制在8：30-17：30，成像效果較好，地形起伏較大時航攝需考慮太陽高度角，避免陰影太長，通常大同山地測區(qū)航攝時間控制在10：00-14：30，丘陵測區(qū)航攝時間在9：30-15：30。

空中霧氣：在不同區(qū)域和天氣情況下，測區(qū)內(nèi)會有稀薄的煙霧分布，會對航拍成像的相片清晰度造成較大影響，微小的氣霧會嚴重影響刺點精度，大同地區(qū)有霧時間較少，影響可忽略。

3影響因素解決方案分析

針對以上影響因素，通過不間斷的探討思考提出以下解決方案：在大同區(qū)域內(nèi)，測區(qū)風速一般在四級左右以內(nèi)實施航測飛行，最大不超過六級;空中云彩分布特別不均勻時停止飛行。起飛時時刻關注天氣情況，風向是否多變，根據(jù)自身航飛時間可以適度調(diào)整起飛時間，從而盡量保證在一個起飛架次內(nèi)天氣無大的變化。適當設置相機參數(shù)，將相機參數(shù)盡量設置在一個成像效果較暗或者較亮參數(shù)的中間參數(shù)位置，以此來適應多變的天氣，保證成像無過暗或者過亮現(xiàn)象。針對無人機標高測量系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)對飛機降落的影響，我們自行設計添加一個多余手動開傘點，更改該點開傘高度，確保降落安全。

4結(jié)語

無人機航測是一項影響因素多、作業(yè)難度大、安全系數(shù)低的工作，它時刻要求作業(yè)人員保持謹慎、認真、自律、謙卑的工作態(tài)度，多總結(jié)經(jīng)驗，思考問題，才能做出符合規(guī)范的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。