基于小型無人機系統的地形測繪系統

何閩川

摘 要：小型無人機在地形測繪中有廣泛的應用，小型無人機攜帶較為方便，裝配較為快捷，并且隨著科學的進步，對于攝像頭傳感器等各種部件不斷的升級，能夠使小型無人機對實時的圖像數據傳輸以及地形測繪等多種分析測量工作更加高效的開展。本文對小型無人機系統的地形測繪工作進行探究，并且根據相應無人機實際航測工作開展多個方面的闡述，希望能夠使地形測繪系統更加完善。

關鍵詞：小型無人機;地形測繪;系統

隨著社會的不斷發展，對于某一地區的地形可能隨之產生較大的變化，比如城市的擴建對城市地形產生的影響，礦區的開采對礦區地形造成的變化等，這些區域均需要在短時間內，使地形測繪系統不斷動態的更新，以保證人們生活和生產的需要。而針對傳統的測繪方式，雖然也能得到較為精確的測繪數據，但是數據獲取的效率較低，而小型無人機系統較為靈活，并且在短時間內即可對某一特定區域開展全面的地形測繪工作，因此選用小型無人機系統，在地形測繪工作中能夠顯著的提升工作的效率。此外，可以利用無人機勘測數據的多種糾正方法配合高精度的傳感設備，使數據的精度得到不斷的提高。最后，無人機勘測的成本較低，較低的投入即可開展地形測繪工作。

1 小型無人機測繪系統

1.1 呈現的特點

小型無人機可以在低空飛行，能夠使相應的測繪系統精度得到提升。同時，對于天氣的各項要求較低，并且相應的操控可以實現多種設備的智能連接，既可以使用無人機地形測繪的專業操控平臺，也可以使用相應無人機控制手柄等設備進行臨時操控。因此具備操控簡單、設備便攜、適應能力強等多種優勢。

目前小型無人機系統可以搭載4k高清遙感攝影技術，并且配合5G信息技術實現高吞吐量傳輸數據的能力，搭載全波段的傳感器，并且有超廣角鏡頭，支持更高角度的遙感拍攝，能夠與地面測繪系統進行，動態數據傳輸處理，從而有效的提升測繪的精確度以及信息分析處理能力。除此以外，小型無人機還可以搭載專用的遙感傳感器，能夠支持外部相應部件拓展，比如搭載熱成像儀、小型氣象傳感器等設施能夠拓寬測繪系統的應用空間和領域。

1.2 相關技術指標

首先對于小型無人機的飛行速度有一定的要求，飛行速度過低對于勘測工作開展效率會受到較大的影響，而飛行速度過高則會降低測繪的數據質量。一般而言，飛行速度應控制在50～100千米/小時。無人機應支持懸浮定位模式，以便于針對某一點為中心進行地形勘測工作的需要。并且無人機在發生故障或電量不足時，應具備自動返航滑翔功能，避免在惡劣情況下對自身設備造成損壞。飛行的高度和速度需要穩定控制，不能大于波動的5%，航測時相應的傳感器角度誤差不能大于2%。無人機應具備大于30分鐘的續航能力，以免在工作開展過程中需要頻繁的補充能源。

2 小型無人機系統開展地形測繪工作

2.1 測繪前的準備工作

在無人機測繪前，需要對測繪區域進行簡單的調查和研究，分析無人機起降的最佳地點以及勘測過程中相應運動參數的調整。應注重太陽光線對無人機測繪系統造成的干擾，選擇合適的時間點展開測繪工作。并且測繪的距離應根據小型無人機的飛行能力而定。無人機上搭載的三樣傳感設備，在開展測繪前要進行誤差的校正，其中包含機械傳動模式的誤差和軟件算法之間的誤差，比如光學畸變系數的判定，CCD系數的測試等。其相應系數的調整均有對應的計算數學模型，應注重相應變量控制在合適的范圍內，并且多次取平均值以適應測繪系統的需要。對于小型無人機的航線確定可以借助ASCOT設計軟件，比如對于航測高度的確定，可以根據下列公式進行計算。

aGSD=fh

其中，a為無人機搭載攝像頭的像素元尺寸，f為對應鏡頭的焦距，根據測繪要求的分辨率GSD，適當調整飛行高度h。測繪過程中應根據GPS傳感器來控制航向重疊率，避免數據過度重疊影響系統分析，降低測繪質量。對應無人機巡航速度和地面間距，可以有效的判定出小型無人機系統的拍攝間隔。

2.2 無人機測繪系統使用空三加密

空三加密由外業提供控制測量成果，內業解算測圖定向點的平面坐標和高程值。加密精度指標如下：

（1）連接點上下視差中誤差為2/3個像素，最大殘差4/3個像素。

（2）模型連接較差限差計算公式：△S=0.02·m像·10-3和△Z=0.02·m像·fk/b·10-3

式中，△S為平面位置較差，單位為m;△Z為高程較差，單位為m;m像為相片比例尺分母;fk為數碼相機焦距，單位為mm;b為相片基線長度，單位為mm

（3）每個像對連接點分布均勻，自動相對定向時，每個像對連接點數目不少于30個，人工相對定向時，每個像對連接點數目不少于9個。

（4）區域網平差計算結束后，基本定向點殘差、檢查點誤差及公共點的較差符合國家測繪標準。

2.3 成像數據質量的檢測

應結合飛行記錄盡快對獲取的影像數據質量進行檢查，對影像重疊度、相片傾斜與旋轉、航線彎曲、航高保持、影像曝光等方便進行全面的判斷。如具有未完全覆蓋目標區、影像曝光嚴重過度或嚴重不足等現象，則需盡快安排補飛。

3 結束語

小型無人機對于動態變化較高的區域能夠開展動態高效的地形測繪工作，并且測繪的成本較低，能夠有效的降低相應資金的支出。除此以外，小型無人機地形測繪系統大大的削弱了測繪工作的勞動強度。伴隨著科學技術的不斷進步，能夠促進小型無人機測繪系統得到不斷的完善和創新，因此該系統擁有良好的發展空間。

參考文獻

[1]高志國，宋楊，曾凡洋.微型無人機航攝系統快速測繪小區域大比例尺地形圖試驗分析[J].工程勘察，2015，43（12）：74-78，89.

[2]劉秀.基于中程無人機測繪系統測制地形圖的應用研究[J].科技創新導報，2016，（13）：36.

[3]黃成功，邵瓊玲，王盛軍，等.基于MPX4115的小型無人機氣壓高度測量系統設計[J].宇航計測技術，2009，29（4）：30-35.