多旋翼無人機(jī)在大比例條帶狀工程航測(cè)中的應(yīng)用

□浙江省第一測(cè)繪院 田毅清

近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)測(cè)繪的應(yīng)用越來越廣泛。與傳統(tǒng)測(cè)繪相比較，無人機(jī)測(cè)繪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱靈活、使用成本低、反應(yīng)快速的特點(diǎn)，可以高效率地獲取到高分辨率、大比例尺和高現(xiàn)勢(shì)性的影像。目前，測(cè)繪行業(yè)使用的多旋翼無人機(jī)可以在空中旋停，作業(yè)靈活，對(duì)于面積較小、比例尺較大、測(cè)繪面積比較特殊（如條帶狀）、需要人員較少的作業(yè)項(xiàng)目來說，能有效地利用其成本低、精度高的優(yōu)勢(shì)。本文以臺(tái)州市交通建設(shè)項(xiàng)目展示平臺(tái)為例，闡述多旋翼無人機(jī)在本項(xiàng)目中從獲取影像到內(nèi)業(yè)解算、輸出1 ∶500DOM 的實(shí)施過程。

一、項(xiàng)目概況與無人機(jī)平臺(tái)

（一）項(xiàng)目概況

臺(tái)州交通項(xiàng)目管理平臺(tái)所含的市交通建設(shè)項(xiàng)目展示平臺(tái)是根據(jù)交通管理工作需求，通過影像、全景、多媒體多種手段全方位展示項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度。項(xiàng)目要求每三個(gè)月對(duì)臺(tái)州市境內(nèi)主要交通干道工地進(jìn)行影像采集以確定施工進(jìn)度。

（二）無人機(jī)平臺(tái)

本次作業(yè)采用的無人機(jī)平臺(tái)為大疆精靈4 Pro RTK 四旋翼無人機(jī)。起飛重量1391 克，飛行速度小于10米/秒，相機(jī)等效焦距24 毫米，照片分辨率5472×3648 像素，重疊度大于60%，相對(duì)航高365 米，地面分辨率10 厘米，支持北斗衛(wèi)星定位形同高精度RTK 定位。

（三）技術(shù)路線

二、無人機(jī)航測(cè)作業(yè)流程

（一）航線規(guī)劃

▲ArcGIS航線規(guī)劃

在外業(yè)作業(yè)開始前，首先需要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的多條航線在ArcGIS 中進(jìn)行預(yù)規(guī)劃。由于本次作業(yè)測(cè)區(qū)為條帶狀，而小型多旋翼無人機(jī)由于單次作業(yè)面積有限，所以采用分段航線規(guī)劃和分段航攝作業(yè)。單架次飛行大約1.5 千米長(zhǎng)，以道路中心為中心兩邊各100 米寬。航線規(guī)劃完成后，將航線導(dǎo)入無人機(jī)的航線規(guī)劃系統(tǒng)中。

（二）實(shí)地勘察和布設(shè)像控點(diǎn)

航測(cè)作業(yè)前，外業(yè)作業(yè)人員需要對(duì)施工作業(yè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地勘察，查看飛行區(qū)域內(nèi)有無對(duì)飛行產(chǎn)生影響的地物或地貌，為航線規(guī)劃提供依據(jù)。由于筆者所在單位建設(shè)有浙江省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)系統(tǒng)，可提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)的高精度定位服務(wù)，并據(jù)此配置無人機(jī)的RTK 參數(shù)。

▲控制點(diǎn)布設(shè)

由于施工區(qū)域存在海洋灘涂、高山等干擾地物，為了提高成圖精度，需要在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)地面控制點(diǎn)。本次作業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)在施工道路兩側(cè)，約每2000 米一對(duì)，航線首末端上下兩控制點(diǎn)布設(shè)在通過像主點(diǎn)且垂直于方位線的直線上，上下一對(duì)點(diǎn)確定布設(shè)在同一立體像對(duì)內(nèi)?？刂泣c(diǎn)采用CGCS2000 坐標(biāo)系統(tǒng)，中央經(jīng)線120°E，高程采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，平面及高程精度為2 厘米。

（三）航攝作業(yè)

布設(shè)完控制點(diǎn)后，設(shè)置無人機(jī)飛行高度365 米，精度10 厘米，航向重疊度70%，旁向重疊度60%等作業(yè)參數(shù)，進(jìn)行飛行拍攝。飛行過程中需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無人機(jī)的高度、速度、電量、飛行拍攝軌跡、溫度、風(fēng)速等，操作人員要根據(jù)各種實(shí)時(shí)狀況做出相應(yīng)的操控，保證無人機(jī)的正常作業(yè)。若遇到電力不足的情況需先行返航，更換電池后繼續(xù)作業(yè)。

（四）航攝質(zhì)量檢查

航攝作業(yè)完成后，外業(yè)人員要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。檢查所拍照片數(shù)量與飛行軌跡是否與規(guī)劃航線一致；檢查有無拍攝效果不好的照片，有無遮擋像控點(diǎn)的照片。如果存在質(zhì)量問題，要進(jìn)行重飛或補(bǔ)飛。

三、內(nèi)業(yè)作業(yè)流程

（一）空中三角測(cè)量

本項(xiàng)目采用Pix4Dmaper 軟件進(jìn)行空三加密。在軟件上導(dǎo)入像機(jī)參數(shù)和控制點(diǎn)成果，通過自動(dòng)匹配相關(guān)影像產(chǎn)生自動(dòng)匹配點(diǎn)。為保障平地區(qū)域的高程注記點(diǎn)精度，加密時(shí)應(yīng)利用一些位置較好的外業(yè)路面的實(shí)測(cè)點(diǎn)高程加入計(jì)算及檢查。在像片上量測(cè)外業(yè)控制點(diǎn)后，光束法平差，并輸出加密成果。

（二）DOM制作

內(nèi)業(yè)作業(yè)員利用空三成果數(shù)據(jù)生成DEM，然后將影像數(shù)據(jù)、加密成果導(dǎo)入，由軟件自動(dòng)完成像對(duì)定向。再利用軟件的正射影像制作功能，以像片為單位，按照每個(gè)像對(duì)的范圍，以像主點(diǎn)為中心，片片糾正，生成單片正射影像。再進(jìn)行勻光、拼接、圖幅裁切和正射影像輸出，最后生成影像文件*.tif 和影像定位信息文件*.tfw。

（三）正射影像修飾

影像輸出后，應(yīng)對(duì)影像進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使影像清晰，色彩柔和，反差適中，幅與幅之間無明顯色差。影像陰影過長(zhǎng)，密度過大，并已掩蓋相鄰景物的區(qū)域，應(yīng)進(jìn)行陰影和密度處理。影像反差過大，造成色彩不柔和，反差過小，影響景物判別，應(yīng)進(jìn)行反差調(diào)整。

（四）DOM數(shù)據(jù)整理建庫(kù)

提交入庫(kù)的DOM 數(shù)據(jù)為TIFF格式數(shù)據(jù)，影像定位信息文件*.tfw。開始入庫(kù)前，必須核定該數(shù)據(jù)所在投影帶、覆蓋區(qū)域坐標(biāo)范圍、分辨率、格式等是否正確，精度是否符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)書規(guī)定。入庫(kù)應(yīng)創(chuàng)建*.GDB格式數(shù)據(jù)庫(kù)文件，然后在其中按照不同的時(shí)間、分辨率創(chuàng)建柵格鑲嵌數(shù)據(jù)集（Mosaic Dataset）。將DOM分幅數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入到對(duì)應(yīng)的柵格鑲嵌數(shù)據(jù)集中。

四、結(jié)語

無人機(jī)測(cè)量平臺(tái)在專業(yè)測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展迅速，結(jié)合了RTK 技術(shù)的多旋翼無人機(jī)在大比例尺條帶狀航測(cè)環(huán)境下，具備精度高、使用靈活、需要操作人員少等特點(diǎn)。隨著無人機(jī)和北斗導(dǎo)航定位技術(shù)的不斷發(fā)展，多旋翼無人機(jī)航測(cè)的精度會(huì)有更大提升，也將得到更廣泛的應(yīng)用。