無像控點(diǎn)仿地飛行在低空攝影中的應(yīng)用

王站，楊銘偉

（1.山西冶金巖土工程勘察有限公司，太原 030000；2.山西華冶勘測工程技術(shù)有限公司，太原 030000）

1 項(xiàng)目概況

本研究以某測繪項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目整體測區(qū)狹長，最大高差約為160m，現(xiàn)場踏勘測區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，灌木叢生，交通不便，屬于山地類型，測區(qū)面積約為2.45km2，為保證工期及測繪成果的準(zhǔn)確性，選擇無像控點(diǎn)仿地飛行模式，采用無人機(jī)對該區(qū)域進(jìn)行低空攝影，根據(jù)航測結(jié)果進(jìn)行匯總，與之前的實(shí)測的帶狀地形圖特征點(diǎn)進(jìn)行對比，分析數(shù)據(jù)精度的準(zhǔn)確性。

2 無像控點(diǎn)仿地飛行在低空攝影中的應(yīng)用

2.1 無人機(jī)設(shè)備的機(jī)型選擇

低空無人機(jī)航空攝影測量是在超低空對地面進(jìn)行影像拍攝，通過對傳統(tǒng)航拍模式進(jìn)行優(yōu)化，并且添加遙感功能，這樣可以快速將地面情況反饋到地面站中，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成全新的勘測成果，這種方式具有攝像分辨率較高且作業(yè)執(zhí)行順暢等優(yōu)勢，而且可以有效降低成本，通常只需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的無人機(jī)型。具有以下優(yōu)勢：一方面是飛行高度低，影像分辨率高，提高內(nèi)業(yè)判讀準(zhǔn)確性，由于無人機(jī)自身質(zhì)量較輕，作業(yè)靈活，易于在特殊環(huán)境飛行；另一方面，采用布點(diǎn)方案，將整體航拍區(qū)域劃分為具體區(qū)域，通過對每個(gè)區(qū)域內(nèi)部的地域信息進(jìn)行低空拍攝，最后進(jìn)行匯總成像，這樣可以有效提升匹配精準(zhǔn)度，保證仿地飛行航拍的效率。

本次低空攝影工作選擇飛馬智能航測遙感系統(tǒng)D2000，可以應(yīng)對項(xiàng)目區(qū)域地勢狹長且高低落差的情況。為進(jìn)一步促進(jìn)結(jié)果精準(zhǔn)度與穩(wěn)定性，還要對坐標(biāo)獲取技術(shù)進(jìn)行革新，加強(qiáng)坐標(biāo)信號傳輸與基站之間的聯(lián)系效率。無人機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)如下：飛馬智能航測遙感系統(tǒng)D2000 的續(xù)航能力：最長航時(shí)74min；對稱電機(jī)軸距：598mm；空機(jī)質(zhì)量：2.6kg；抗風(fēng)能力：6 級；定位技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)RTK、PPK 及融合解算。D-CAM2000 的相機(jī)型號：SONY A6000；傳感器尺寸：23.5mm×15.6mm（aps-c）；有效像素：約2 430 萬；鏡頭參數(shù)：25mm 定焦。

2.2 低空攝影作業(yè)流程

在圍繞項(xiàng)目區(qū)域展開低空攝像時(shí)，仿地飛行無人機(jī)的無像控點(diǎn)模式在與傳統(tǒng)拍攝模式進(jìn)行對比時(shí)，其應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在航線規(guī)劃設(shè)計(jì)以及航拍能力等方面，地面站可以根據(jù)無人機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息對地形地貌數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行規(guī)劃，也就是航空拍攝始終處于數(shù)據(jù)調(diào)整狀態(tài)中，這樣可以減少后期匯總分析工作的難度[1]。此外，本項(xiàng)目還采用空三建模軟件進(jìn)行輔助成圖。因此，最終將低空攝影作業(yè)流程確定為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、航線規(guī)劃、無人機(jī)航拍、外業(yè)實(shí)測以及數(shù)據(jù)處理等階段。

3 無像控點(diǎn)仿地飛行在低空攝影中的實(shí)施流程

3.1 低空攝影目標(biāo)

對原有的地形圖進(jìn)行檢測，結(jié)合實(shí)際航測情況做出調(diào)整，從而對低空攝影工作的開展制訂相應(yīng)的計(jì)劃方案，可以在一定程度上提升航測作業(yè)的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確程度。項(xiàng)目測試由無人機(jī)進(jìn)行仿地飛行，保證3cm 地面分辨率的傾斜模型平面，這樣可以使高程拍攝精度滿足1∶500 地形圖的要求。此外，在圍繞無人機(jī)的航拍工作開展像控布點(diǎn)時(shí)，需要注意：（1）仿地飛行模式以低空飛行航拍為基礎(chǔ)，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源需要與整體布控方案相契合，這樣可以使最終的勘測成果更具準(zhǔn)確性，通過對無人機(jī)的飛行狀態(tài)與航拍頻率進(jìn)行調(diào)整，可以規(guī)避天氣造成的不良影響，獲取質(zhì)量較好的原始影像資料。（2）在針對作業(yè)區(qū)塊進(jìn)行劃分時(shí)，為進(jìn)一步提升勘測工作的精準(zhǔn)度，不同飛行架次的首航帶與尾航帶必須保證一定的重疊性，進(jìn)而提升前后攝像頭獲取數(shù)據(jù)的一致性，必要時(shí)要根據(jù)情況添加像控點(diǎn)，保證不同作業(yè)區(qū)域具有完善的構(gòu)網(wǎng)。

3.2 飛行作業(yè)準(zhǔn)備工作

在開展無人機(jī)航測工作前，還要完善前期準(zhǔn)備工作，具體內(nèi)容如下：（1）結(jié)合已有的地形圖與高程地形圖，找出2 張圖之間的差異，并且構(gòu)建5cm 分辨率的DEM 模型，將兩端的外部延伸距離調(diào)整為30cm，同時(shí)還要結(jié)合高程系統(tǒng)對全新的地形圖進(jìn)行換算，以此明確航拍工作的行進(jìn)路線。（2）結(jié)合巖土工程勘察要求進(jìn)行航線規(guī)劃，還是將DEM 分區(qū)作為基礎(chǔ)，圍繞飛馬智能航測遙感系統(tǒng)D2000 的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，由于該設(shè)備為單鏡頭平臺，因此，為保證傾斜角與正射角度的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多次采集，保證每次采集工作的航線與勘察流程符合相關(guān)要求[2]。

3.3 無人機(jī)航拍

本次航拍項(xiàng)目為無像控點(diǎn)模式，因此，不需要對航測區(qū)域中的像控點(diǎn)位提出要求，要結(jié)合無人機(jī)航拍的流程步驟進(jìn)行規(guī)劃。為提升地面勘察工作效率，本次仿地飛行低空攝像采用2套飛馬智能航測遙感系統(tǒng)D2000 無人機(jī)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，總共耗時(shí)11h 完成任務(wù)。具體方案為：采用2 臺無人機(jī)分別對待勘察區(qū)域展開航拍，最終2 臺無人機(jī)共同對區(qū)域中間區(qū)域進(jìn)行航拍，并且將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，保證數(shù)據(jù)的完整性。

3.4 數(shù)據(jù)處理與模型生產(chǎn)

在對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，將無人機(jī)的航拍影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入檢測軟件中，并且提交空三模型進(jìn)行綜合計(jì)算，空三結(jié)果合格，則說明無人機(jī)低空攝像結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。此外，還要對后期提供EPS 平臺成圖，結(jié)合外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)與原有的地形圖進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，保證最終成圖的準(zhǔn)確性。

3.5 數(shù)據(jù)結(jié)果精度分析

本次低空攝影主要針對平面位置誤差展開分析，例如，中誤差、最大誤差以及平地限差與山地限差等，地面站根據(jù)航空無人機(jī)反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，最后與空三圖像進(jìn)行結(jié)合，結(jié)果顯示，空三質(zhì)量合格，滿足項(xiàng)目生產(chǎn)需求，本次無人機(jī)仿地飛行低空攝像的勘察結(jié)果可以為巖土工程項(xiàng)目提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，精度分析結(jié)果如表1 所示。

表1 測繪結(jié)果精度分析

4 結(jié)語

綜上所述，采用無像控點(diǎn)仿地飛行對低空目標(biāo)進(jìn)行攝影，需要對航測流程、無人機(jī)型號以及數(shù)據(jù)處理等方面進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能保證測繪項(xiàng)目結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究以實(shí)際工程為例，對仿地飛行航測方案展開分析，根據(jù)勘察結(jié)果可知，這種低空攝影可以為大比例尺地形圖數(shù)據(jù)采集提供更多的選擇路線，不僅更具靈活性，而且在作業(yè)成本、作業(yè)效率以及成果精度等方面均得到了大幅度的提升，可以對測繪工作的順利開展提供穩(wěn)固動(dòng)力。