無人機低空航攝系統在地形測繪中的應用

西安鐵路職業技術學院 秦萌

1 無人機低空航攝系統簡介

近些年，我國對無人機系統的研發及發展給予了足夠的重視。從行業領域來說，不論是自然災害的應急事件、海洋環境的調查，還是精準農業等各個領域的研究需要，無人機的均做出重要貢獻。中國測繪學會通過多次低空無人機航測實驗，在各種航空攝影測量設備的研制上也取得了重大突破。經過幾年的發展，無人機技術已逐漸成為滿足我國社會經濟發展、數字城市建設、應急救援、地質災害、突發事件處置、環境監測、礦井監測、工程設計等多項需求的一項重要技術之一。

無人機航攝系統的快速發展，使其作為衛星遙感和航空遙感的有益補充手段，具有與其他遙感方式相比明顯的優勢。作為一種新型的遙感手段，無人機航攝系統經常以無人飛艇、無人固定翼機、無人直升機、無人多旋翼飛行器和無人傘翼機等作為搭載平臺[1]。其中，無人飛艇以其巡航速度慢，飛行平穩，留空時間長的優勢在低空巡邏及監視方面表現優異。直升飛機具有對起降場地要求不苛刻、抗風能力強、續航時間長、可靈活作業以及飛行穩定等特點。而采用常規布局的固定翼無人機以其高機動性、高荷載性以及氣動性能好等優點，能夠搭載各種任務設備并且出色完成遠距離航拍和巡線等任務。

圖1 無人直升機

圖2 無人固定翼機

圖3 無人多旋翼飛行器

圖4 無人飛艇

圖5 無人傘翼機

2 無人機低空航攝系統組成

無人機遙感系統由三大部分組成：空中控制系統、地面控制系統和數據后處理系統組成[2]（圖6）。

圖6 無人機航攝系統的組成

在使用無人機航攝系統采集數據時，基本過程大致如下：根據遙感任務的區域情況及需求，在地面控制子系統中規劃飛機飛行線路，將設計好的航線加載到遙感空中控制子系統中。無人機地面控制子系統根據規劃好的航線控制無人機的飛行，遙感空中控制子系統按照提前設置好的拍攝模式控制遙感傳感器進行拍攝。遙感傳感器子系統存儲獲取的數據，無人機飛行平臺使用無線傳輸通道將飛行數據傳輸到地面的控制子系統。地面人員可以監控地面無人機飛行路線，如有必要，可以根據接收到的數據改變飛行計劃。在拍攝結束時，可以手動控制無人機降落。

3 無人機低空航攝系統在地形測量中的應用

3.1 影像獲取

本次實驗以大疆精靈4低空無人機配套DGI GO4及Umap飛控軟件快速獲取被攝區域的航攝影像。無人機低空航攝系統進行影像數據采集的流程如圖7所示。

圖7 外業流程

3.2 空三加密

導入影像并自動匹配連接點，然后導入地面控制點，并進行刺點。對于數碼影像，可運用匹配加連接點的方式進入平差編輯界面，軟件會將影像疊拼圖與控制點疊加在一起，可根據控制點大圖在疊拼圖通過匹配加連接點進入刺點。使用匹配加連接點功能在疊拼圖上單擊后，軟件會自動對該位置進行預測，然后進入精調界面進行調整，并在ID里面修改點名保存即可。

圖8 刺點

運行平差并導出平差報告：

圖9 平差報告

3.3 1比1000地形圖繪制

新建模型并進入立體測圖界面，戴上紅藍（綠）眼鏡，通過鼠標滾輪調整測標高程，鼠標左鍵點擊左上角的符號面板，在模型上畫出對應的地物地貌，矢量窗口中即時顯示。完成所有規定的地物地貌的繪制后，鼠標左鍵點擊菜單欄文件下設置圖幅參數，設置符號比例為1比1000，將起點X,起點Y，右上X，右上Y,按照測圖范圍進行設置，設置完后點擊保存并整飾出版。

圖10 1比1000地形圖

4 結語

將通過無人機低空航攝系統生成的地形圖與傳統測量方法測繪的地形圖進行比較，分析其數據的精度及可靠性。實驗結果表明：在滿足飛行條件的前提下，通過小型無人機獲取的數據能滿足1比1000大比例尺地形圖測繪的需求。隨著無人機測繪技術水平的不斷提高，無人機低空航攝系統在地形圖測繪領域的應用前景將越來越廣闊[3]。