低空無人飛行器在地勘工作中開展大比例尺地形圖航空攝影的應(yīng)用

（甘肅省核地質(zhì)二一三大隊(duì)，甘肅 天水 741020）

測(cè)繪航空攝影近年來發(fā)展迅速，低空無人飛行器在地勘項(xiàng)目中開展大比例尺地形圖測(cè)繪已經(jīng)十分普遍，無人機(jī)測(cè)繪是其中的主流載荷設(shè)備。通過低空無人飛行器的使用，能夠相對(duì)容易的采集數(shù)據(jù)，極大的提高地形圖生產(chǎn)效率。航空攝影作業(yè)數(shù)據(jù)成果質(zhì)量主要受航線規(guī)劃、外業(yè)飛行、內(nèi)業(yè)處理方面的影響，掌握航空攝影的作業(yè)流程和技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)提高地形圖的精度和成圖效率具有重要意義。本文以甘肅肅北縣某地勘項(xiàng)目的1:1000比例尺地形圖為例，闡述了無人飛行器開展地形圖航空攝影的作業(yè)流程、方法以及技術(shù)要點(diǎn)，以期在實(shí)踐應(yīng)用中提供參考。

1 地形圖航空攝影

1.1 作業(yè)流程

本項(xiàng)目航空攝影作業(yè)流程主要包括：測(cè)區(qū)踏勘、資料收集；基礎(chǔ)控制測(cè)量；航空攝影；像片控制測(cè)量；空中三角測(cè)量；像片調(diào)繪；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集成果檢查；提交地形圖成果,見圖1。

1.2 航空攝影

項(xiàng)目采用大鵬CW-10垂直起降復(fù)合翼無人機(jī)，該無人機(jī)集成了RTK定位和高分辨率相機(jī)，使得飛行質(zhì)量得以大大提高。本次航空攝影測(cè)量所選用相機(jī)為SONYα7，3600萬像素，全畫幅。使用前進(jìn)行數(shù)碼相機(jī)檢校。一是相機(jī)檢校參數(shù)包括：主點(diǎn)坐標(biāo)、主距和畸變差方程系數(shù)；二是檢校精度應(yīng)滿足：主點(diǎn)坐標(biāo)中誤差不應(yīng)大于10μm，主距中誤差不應(yīng)大于5μm，經(jīng)過畸變方程式及測(cè)定的系數(shù)值擬合后，殘余畸變差不應(yīng)大于0.3像素。

圖1 地形圖航空攝影生產(chǎn)流程

2 航線規(guī)劃

測(cè)區(qū)航線覆蓋范圍約36km2，根據(jù)南北地勢(shì)差異，分為20個(gè)架次飛行，飛行高度550m，航向重疊度75%、旁向重疊度80%，單架次飛行約1.8km2，同一航線上相鄰像片的航高差不應(yīng)大于30m，最大航高與最小航高之差不應(yīng)大于50m。

2.1 飛行及拍攝要求

（1）像片傾角。像片傾角不大于5°，最大不超過12°，出現(xiàn)超過8°的片數(shù)不應(yīng)多于總數(shù)的10%；數(shù)碼相機(jī)旋偏角一般不大于8°，最大不超過15°，出現(xiàn)超過10°的片數(shù)不多于總數(shù)的10%。

（2）像片旋角。像片旋角不大于15°，在確保像片航向和旁向重疊度滿足要求的前提下，個(gè)別最大旋角不超過30°，在同一航線上旋角超過20°像片數(shù)不應(yīng)超過3片，超過15°旋角的像片數(shù)不得超過分區(qū)像片總數(shù)的10%；像片傾角和像片旋角不應(yīng)同時(shí)達(dá)到最大值。

（3）漏洞補(bǔ)攝。航攝中出現(xiàn)的相對(duì)漏洞和絕對(duì)漏洞均及時(shí)補(bǔ)攝，并采用前一次航攝飛行的數(shù)碼相機(jī)補(bǔ)攝，補(bǔ)攝航線的兩端應(yīng)超出漏洞之外兩條基線。

（4）影像質(zhì)量要求。

影像應(yīng)清晰，層次豐富，反差適中，色調(diào)柔和；應(yīng)能辨認(rèn)出地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像，能夠建立清晰的立體模型。

影像上不應(yīng)有云、云影、煙、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷。雖然存在少量缺陷，但不影像立體模型的連接和測(cè)繪，可以用于測(cè)制線劃圖。

確保因飛機(jī)地速的影響，在曝光瞬間造成的像點(diǎn)位移一般不應(yīng)大于1個(gè)像素，最大不應(yīng)大于1.5個(gè)像素。

2.2 差分解算

將基站坐標(biāo)和航飛像主點(diǎn)導(dǎo)入無人機(jī)后處理軟件，進(jìn)行基線解算，解算無誤后導(dǎo)出差分后的像主點(diǎn)坐標(biāo)，然后通過七參數(shù)將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成國(guó)家2000大地坐標(biāo)系的像主點(diǎn)坐標(biāo)。

2.3 像控點(diǎn)測(cè)量

像控點(diǎn)采用GPS-RTK方式施測(cè)。因本項(xiàng)目采用無人機(jī)航攝，像片重疊度大，內(nèi)業(yè)模型連接容易，像控布點(diǎn)不考慮航攝分區(qū)，全區(qū)統(tǒng)一按橫向、縱向間隔500m左右均勻布設(shè)。本區(qū)為地物稀少區(qū)，地面很難找到刺點(diǎn)目標(biāo)，故本區(qū)在航空攝影之前應(yīng)布設(shè)地面標(biāo)識(shí)作為像片控制點(diǎn)。

地標(biāo)點(diǎn)采用油漆在地面上繪一1m×1m的“十”字，寬度不宜小于10cm。若設(shè)計(jì)像控點(diǎn)周邊50m范圍內(nèi)有GPS點(diǎn)或圖根點(diǎn)，可直接在控制點(diǎn)上繪制地標(biāo)。

2.4 像片調(diào)繪

本區(qū)屬于荒漠無人區(qū)，地物稀少，調(diào)繪采用打印像片調(diào)繪的方式實(shí)施。

空三加密完成后由內(nèi)業(yè)根據(jù)加密成果結(jié)合模型連接成果，制作概略影像圖，并打印出圖，供外業(yè)調(diào)繪使用。外業(yè)調(diào)繪中性筆整飾，以保證圖面清晰整潔為原則，顏色統(tǒng)一使用紅、綠、黑三種。本區(qū)調(diào)繪內(nèi)容有測(cè)量控制點(diǎn)、水系、房屋、鉆孔、交通、地貌、植被與土質(zhì)、注記等。

2.5 地形圖數(shù)據(jù)采集與編輯

2.5.1 地形圖采集

地形圖采集的原則：應(yīng)做到測(cè)繪地物、地貌元素?zé)o錯(cuò)漏、不變形、不移位。

①因本區(qū)由無人機(jī)進(jìn)行航空攝影，像幅小、像片重疊度大，在立體采集時(shí)，均選用了最優(yōu)像對(duì)進(jìn)行采集（定向點(diǎn)視差最小），確保了成果精度。②圖面檢查主要檢查缺漏、地形地貌、地物地貌套合是否合理、高曲矛盾等。數(shù)據(jù)方面主要檢查數(shù)據(jù)層色的正確性、資源文件使用是否正確等。

2.5.2 地形圖數(shù)據(jù)編輯

以采集的數(shù)據(jù)為依據(jù)，參照調(diào)繪像片，按圖式和實(shí)施方案要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和整飾。著重對(duì)已采集調(diào)繪的數(shù)據(jù)進(jìn)行整飾：刪除多余要素、配置相應(yīng)的圖式符號(hào)和名稱注記、植被符號(hào)、圖幅接邊、要素的歸類分層等，并注意了各類地物間相互關(guān)系正確性，正確反映測(cè)區(qū)的地理地貌特征。

3 數(shù)學(xué)精度檢測(cè)

因本測(cè)區(qū)為無人區(qū)，地物稀少，數(shù)學(xué)精度檢測(cè)對(duì)高程精度進(jìn)行了檢測(cè)。外業(yè)檢測(cè)采用GPS-RTK測(cè)量方式，對(duì)隨機(jī)抽取的21幅664個(gè)高程注記點(diǎn)實(shí)地檢核，誤差統(tǒng)計(jì)見下表1：

表7 高程誤差統(tǒng)計(jì)表

檢查共計(jì)21幅，其中中誤差小于1/3允許中誤差的15幅，介于允許中誤差的1/3和1/2之間的6幅，介于允許中誤差的1/2和3/4之間的0幅，介于允許中誤差的3/4和1倍之間的0幅以上。檢測(cè)結(jié)果表明，該項(xiàng)目的數(shù)學(xué)精度良好，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目作業(yè)過程和質(zhì)量控制嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，在交通、地形條件較差的地勘項(xiàng)目區(qū)域，使用大鵬CW-10無人機(jī)完成了1:1000地形圖的測(cè)繪工作，測(cè)繪成果經(jīng)過程檢查和最終檢查證明數(shù)學(xué)精度良好。說明通過選擇合理的低空無人飛行器，可以滿足地勘項(xiàng)目大比例地形圖測(cè)繪的要求。