芻議無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)外業(yè)像控

何清平

（貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州省清鎮(zhèn)市 551416）

當(dāng)前，固定翼輕型無(wú)人機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，相關(guān)的GPS自動(dòng)駕駛技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用，借助無(wú)人機(jī)能夠進(jìn)行有效的地質(zhì)勘測(cè)和地形地貌的繪制，這類無(wú)人機(jī)體積比較小，使用起來(lái)也比較靈活，無(wú)需專門的跑道來(lái)起降，能夠在短時(shí)間內(nèi)快速采集多種信息，獲得比較全面的影像資源，目前，在城市規(guī)劃、新農(nóng)村建設(shè)、賑災(zāi)救濟(jì)、地理勘測(cè)等工作中都有不同程度的應(yīng)用。不過(guò)，目前的無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)搭載的相機(jī)多為單頭單反相機(jī)，相應(yīng)的相機(jī)生成的影像幅面不大，還有一定的光學(xué)畸變問題，將其直接用到測(cè)繪生產(chǎn)中還是不適用的，需要進(jìn)行畸變矯正后才能應(yīng)用到相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)階段的無(wú)人機(jī)主要是借助無(wú)線電遙控設(shè)備以及自制的程序控制裝置操作的無(wú)人飛機(jī)。而其中的航測(cè)系統(tǒng)則是將無(wú)人機(jī)作為主要的駕駛飛行平臺(tái)，借助相數(shù)碼相機(jī)來(lái)實(shí)施拍攝，通過(guò)對(duì)于相關(guān)航測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件的應(yīng)用來(lái)對(duì)于采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。就目前的無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要包含以下幾個(gè)主要部分：

①無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)；②飛行控制系統(tǒng)；③影像獲取設(shè)備；④通信設(shè)備；⑤遙控設(shè)備；⑥地面信息接收以及處理設(shè)備等。

其中，飛行控制系統(tǒng)是進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行控制的關(guān)鍵組成部分，在這一系統(tǒng)中，通過(guò)有效的控制達(dá)到對(duì)于無(wú)人機(jī)穩(wěn)定飛行姿態(tài)的垂直陀螺控制，借助GPS接收天線來(lái)獲得相關(guān)的飛行平臺(tái)位置獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息等，還有關(guān)鍵的就是進(jìn)行飛機(jī)自主飛行控制的微處理器裝置。無(wú)人機(jī)飛行控制中，還需要用到地面配套設(shè)備，借助實(shí)時(shí)影像接收以及顯示的數(shù)據(jù)接收終端，而數(shù)碼相機(jī)的作用主要是對(duì)于地面高清影像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，做好飛機(jī)的起降控制，對(duì)于飛行好拍攝的遙控設(shè)備也需要做好配套。

在無(wú)人機(jī)航測(cè)的過(guò)程中，垂直陀螺能夠有效獲取相關(guān)無(wú)人機(jī)的俯仰、翻滾姿態(tài)。這一技術(shù)和微處理裝置技術(shù)結(jié)合起來(lái)，能夠確保無(wú)人機(jī)在飛行中保持水平狀態(tài)。在機(jī)載通信設(shè)備中，包含攝像頭、GPS定位、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等，能夠及時(shí)將采集的數(shù)據(jù)信息等傳輸?shù)降孛娴臄?shù)據(jù)接收終端設(shè)備中，這樣就能夠確保地面控制中心能夠針對(duì)飛機(jī)的飛行以及拍攝情況實(shí)施有效的監(jiān)控，做好無(wú)人機(jī)的航向修正，防止無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)偏離。最后能夠蝴蝶高清影像，借助地面配套數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站來(lái)進(jìn)行影像處理，得到最后的數(shù)據(jù)影像。因?yàn)橄嚓P(guān)的影像具有一定的重疊度、傾斜角等，和傳統(tǒng)攝影測(cè)量的差距比較大，因此相關(guān)影像處理方法和傳統(tǒng)的影像處理是有一定差異的，圖1為無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)精度問題

2.1 無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)精度的主要影響因素

在無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中，因?yàn)橄嚓P(guān)影響因素作用，會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的航測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果出現(xiàn)一定的誤差，目前，針對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)精度會(huì)帶來(lái)誤差的因素包括測(cè)量中使用的儀器自身存在的誤差、人為因素帶來(lái)的誤差、氣候條件導(dǎo)致的誤差等等。

首先，測(cè)量?jī)x器自身的誤差問題。一些測(cè)量?jī)x器對(duì)于精度要求比較高，但是在設(shè)計(jì)以及制作中，可能會(huì)存在一些缺陷，這樣就會(huì)導(dǎo)致即使是進(jìn)行測(cè)量?jī)x器的校驗(yàn)后，在使用中依然難以避免殘余誤差影響，這些殘余誤差多是指因?yàn)閭鞲衅髁炕^(guò)程導(dǎo)致系統(tǒng)性的誤差問題出現(xiàn)。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

其次是人為誤差因素。這主要是因?yàn)橄嚓P(guān)的控制人員自身的感官鑒別能力比較有限，自身的技術(shù)能力以及工作態(tài)度等影響，會(huì)導(dǎo)致他們?cè)诠ぷ髦谐霈F(xiàn)一些錯(cuò)誤，導(dǎo)致誤差出現(xiàn)。此外，還有一些類似像控識(shí)別、立體采集、空三加密等等也會(huì)存在人為誤差，影響最終的無(wú)人航測(cè)精度。

最后是外界環(huán)境因素影響。一些不良的氣候狀況和天氣會(huì)對(duì)于無(wú)人機(jī)的飛行帶來(lái)一定的影響，例如大風(fēng)、沙塵暴、雨雪天氣等，不僅會(huì)影響無(wú)人機(jī)的正常平穩(wěn)飛行，還會(huì)導(dǎo)致攝像機(jī)的像素受到影響，導(dǎo)致相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集存在誤差。

2.2 無(wú)人機(jī)航測(cè)攝影誤差的分析

考慮到無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)是受到自身體積以及栽種等因素影響的，因此，它不能正常承載普通航攝儀來(lái)進(jìn)行空中飛行和攝影航測(cè)。目前，很多無(wú)人機(jī)航測(cè)中多是使用中幅面CCD來(lái)充當(dāng)傳感器的感光部位，借助必要的加固以及相應(yīng)的電力改裝，是其能夠作為攝影性能比較穩(wěn)定的數(shù)碼相機(jī)使用。不過(guò)，因?yàn)楦泄鈫挝坏姆钦叫我蜃印⒎钦恍砸约盎儐栴}，因此會(huì)導(dǎo)致數(shù)碼相機(jī)在攝像中也會(huì)出現(xiàn)一些誤差。針對(duì)這一問題，可以開發(fā)使用高性能、能夠適用無(wú)人機(jī)航攝需要的數(shù)碼裝置來(lái)替代傳統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)，還可以借助相關(guān)的修正軟件來(lái)對(duì)于測(cè)量結(jié)果實(shí)施修正，保證可靠性，借助相關(guān)數(shù)據(jù)積累構(gòu)成比較真實(shí)的修正方式，這是目前解決這一誤差問題的最有效方法之一。

2.3 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)像片控制測(cè)量誤差

在無(wú)人機(jī)的像控點(diǎn)進(jìn)度中，最主要的就是控制刺點(diǎn)精度以及觀測(cè)精度。在滿足相關(guān)觀測(cè)精度要求下，刺點(diǎn)進(jìn)度則是對(duì)于像片控制測(cè)量精度的關(guān)鍵影響因素。不過(guò)，在實(shí)際的應(yīng)用中，因?yàn)闊o(wú)人機(jī)的像幅相對(duì)較小，對(duì)此，可以嘗試使用像控點(diǎn)范圍縮小來(lái)實(shí)現(xiàn)，在像控點(diǎn)布設(shè)位置中一般很難找到刺點(diǎn)的位置，尤其是在荒無(wú)人煙的野外。對(duì)此，需要在航線網(wǎng)區(qū)域中進(jìn)行相應(yīng)像控點(diǎn)的布設(shè)，保證無(wú)人機(jī)的攝像能力能夠有效的尋找到地物刺點(diǎn)。像控點(diǎn)的精度和數(shù)量直接影響到航測(cè)數(shù)據(jù)后處理的精度，所以像控點(diǎn)的布設(shè)和選擇應(yīng)當(dāng)盡量規(guī)范、嚴(yán)格、精確。

通常情況下，不同翼型的無(wú)人機(jī)，像控點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量也有所區(qū)別。以復(fù)合翼無(wú)人機(jī)為例，假設(shè)飛1：1000的比例尺成果，3個(gè)平方公里的區(qū)域布設(shè)5個(gè)像控點(diǎn)合適，7～8個(gè)平方公里10個(gè)像控點(diǎn)合適。

3 總結(jié)

基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的航測(cè)系統(tǒng)，作為一種低成本、高效率、易操作的遙感影像獲取手段，應(yīng)用非常廣泛，但這一技術(shù)應(yīng)用還存在飛行姿態(tài)不穩(wěn)定、相機(jī)相幅小、影像畸變差大、重疊度不規(guī)則等問題。針對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)外業(yè)像控存在的精度和誤差問題，需要進(jìn)一步做好相應(yīng)的解決方案，針對(duì)像控精度的影響因素進(jìn)行把握，并做好有效的像控點(diǎn)布設(shè)工作，確保誤差控制在合理范圍內(nèi)。