基于微型無(wú)人機(jī)航測(cè)大比例尺地形圖的測(cè)繪

路 璐

(三和數(shù)碼測(cè)繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000)

繪制大比例尺的地形圖成本較高，且測(cè)繪精度和效率較低，因此亟需一種新型測(cè)繪技術(shù)。我國(guó)無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，其是一種航測(cè)平臺(tái)，在測(cè)繪過(guò)程中可以有效避免測(cè)繪地形圖受到負(fù)載地形的影響，準(zhǔn)確獲取難以拍攝的盲區(qū)資料，數(shù)據(jù)收集處理分析更加高效。

1 微型無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)是一種航空器，可以反復(fù)利用，控制方式多樣，其利用方式以遙控為主，能夠完全脫離人的操控，自主完成相關(guān)任務(wù)。用于測(cè)繪的微型無(wú)人機(jī)有三種不同的測(cè)量系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)在空中采集圖像，在地面完成微型無(wú)人機(jī)控制工作，在空中航測(cè)結(jié)束之后處理相關(guān)數(shù)據(jù)。微型無(wú)人機(jī)將無(wú)人機(jī)中各個(gè)部件進(jìn)行了壓縮，具備了與普通無(wú)人機(jī)完全相同的功能。負(fù)責(zé)在空中采集圖像的微型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)主要有三個(gè)部分，包括飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、影像傳感器，其中飛行平臺(tái)種類眾多，飛行效率較高，飛行距離較遠(yuǎn)。飛行控制系統(tǒng)是整個(gè)空中采集圖像系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，負(fù)責(zé)控制飛行過(guò)程，管理無(wú)人機(jī)搭載設(shè)備，其作用是定位無(wú)人機(jī)位置，為無(wú)人機(jī)導(dǎo)航，借助該系統(tǒng)可直接掌握無(wú)人機(jī)的信息。影像傳感器是無(wú)人機(jī)搭載的重要設(shè)備，用以完成地形圖測(cè)繪任務(wù)，傳感器選擇的相機(jī)需根據(jù)實(shí)際任務(wù)情況確定[1]。

規(guī)劃并設(shè)計(jì)好微型無(wú)人機(jī)航測(cè)航線是地面控制系統(tǒng)的主要工作。微型無(wú)人機(jī)在起飛和降落過(guò)程中需要利用此系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)結(jié)束后，其可將無(wú)人機(jī)拍攝的影像資料導(dǎo)出。

影像處理系統(tǒng)主要由兩部分組成，即計(jì)算機(jī)工作站和攝影測(cè)量軟件。無(wú)人機(jī)可以獲得更小像幅的影像，覆蓋的地面范圍小，不同的影像間存在較大的重疊度，畸變程度較大[2]。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 應(yīng)急反應(yīng)能力強(qiáng)

大比例地形圖繪制難度較高，容易受外界因素的影響，測(cè)量準(zhǔn)確度難以保證。微型無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)是使用方便、機(jī)體較小、容易控制速度，可以在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)展工作，全程掌握航測(cè)過(guò)程。

2.2 適用范圍廣

無(wú)人機(jī)航測(cè)可保證航測(cè)人員安全，可完成復(fù)雜、危險(xiǎn)性高的地形測(cè)量，提升測(cè)繪效率和質(zhì)量。氣候和云層對(duì)于無(wú)人機(jī)的影響較小，可顯著提升測(cè)量精度[3]。

2.3 時(shí)效性強(qiáng)

無(wú)人機(jī)航測(cè)可準(zhǔn)確獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，減少各項(xiàng)成本支出，數(shù)據(jù)采集無(wú)須提前安排，可隨時(shí)進(jìn)行，第一時(shí)間獲得必要的數(shù)據(jù)支撐。

3 微型無(wú)人機(jī)測(cè)繪大比例尺地形圖的應(yīng)用

3.1 測(cè)量系統(tǒng)選擇

測(cè)繪任務(wù)通常面積較小且較為分散，因此需選擇微型無(wú)人機(jī)。該無(wú)人機(jī)專門(mén)用于完成攝影任務(wù)，有4個(gè)旋翼，操作簡(jiǎn)單，飛行安全性較高。飛行過(guò)程中需要事先設(shè)置好相應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)微型無(wú)人機(jī)的自主飛行。可利用無(wú)線電作為媒介，遠(yuǎn)程控制微型無(wú)人機(jī)的飛行。微型無(wú)人機(jī)的主要設(shè)備包括攝影相機(jī)和用于穩(wěn)定的三軸云臺(tái)，其可以記錄曝光點(diǎn)的位置信息并保存下來(lái)，便于后續(xù)處理。它具有自我保護(hù)功能，如果無(wú)人機(jī)的踩空人員沒(méi)有下達(dá)任何指令，無(wú)人機(jī)就會(huì)懸停在空中，如果無(wú)人機(jī)電量較低，會(huì)直接原路返回、降落，操作十分便利，只需要按照說(shuō)明書(shū)要求逐步進(jìn)行操作即可[4]。

3.2 航線設(shè)計(jì)

航線設(shè)計(jì)過(guò)程中，要計(jì)算出單張影像可以覆蓋的地面面積，計(jì)算過(guò)程需要利用兩類數(shù)據(jù)：一是影像分辨率，二是地面分辨率。設(shè)計(jì)旁向的重疊度時(shí)，要按照35%的比例設(shè)計(jì)，保證每一條航線之間的間距為73 m。在設(shè)計(jì)航向重疊度時(shí)，需要按照65%的比例，將每個(gè)影像曝光點(diǎn)之間的距離控制在52.5 m。在設(shè)計(jì)航線時(shí)，必須充分考慮到這種微型無(wú)人機(jī)存在的飛行距離限制，站場(chǎng)和閥室設(shè)計(jì)方案要根據(jù)實(shí)際情況選擇。

3.3 像控點(diǎn)測(cè)設(shè)

矩形是每一個(gè)閥室的主要形狀，且每一個(gè)閥室的占地面積較小，需要在測(cè)量區(qū)域4個(gè)角的位置布置平面和高程像控點(diǎn)。要在精度方面滿足像控點(diǎn)測(cè)量要求，即平面和高程誤差必須保證控制在一定的范圍內(nèi)，前者不能超過(guò)地物點(diǎn)的1/5，后者不能超過(guò)1/10的等高距。測(cè)量像控點(diǎn)的過(guò)程中應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)RTK，需要至少測(cè)量3次，將3次結(jié)果的平均值計(jì)算出來(lái)，作為最終結(jié)果，單次測(cè)量結(jié)果不能用作最終的結(jié)果。

3.4 精度驗(yàn)證與統(tǒng)計(jì)

在本次作業(yè)過(guò)程中，航測(cè)區(qū)域數(shù)量為29個(gè)，經(jīng)過(guò)航測(cè)得到的數(shù)據(jù)精度需要重新進(jìn)行驗(yàn)證。精度驗(yàn)證主要從兩個(gè)方面入手，即數(shù)學(xué)精度和地理精度。數(shù)學(xué)精度的驗(yàn)證是利用網(wǎng)絡(luò)RTK，地理精度驗(yàn)證需要相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查。驗(yàn)證工作完成之后得出相關(guān)結(jié)果，地形圖的各個(gè)要素表達(dá)較為正確，在取舍上較為合理，圖面整體清晰度較高，完全符合測(cè)繪相關(guān)要求。

利用微型無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量，得出的平面精度符合地形圖測(cè)繪相關(guān)規(guī)范要求，但是高程可能無(wú)法滿足精度要求，因此，高程數(shù)據(jù)只能采用實(shí)測(cè)方法，故暫時(shí)無(wú)法統(tǒng)計(jì)高程相關(guān)精度。在逐一驗(yàn)證每一個(gè)測(cè)量區(qū)域的精度之后，可以得出一個(gè)階段性結(jié)論：在采集大比例尺地形圖的點(diǎn)位要素過(guò)程中，雖然微型無(wú)人機(jī)可以起到一定的作用，但是在測(cè)繪大比例尺地形圖的過(guò)程中，利用微型無(wú)人機(jī)技術(shù)難以得到準(zhǔn)確的高程。

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)繪大比例尺地形圖過(guò)程中，使用微型無(wú)人機(jī)航測(cè)還不夠成熟。研究發(fā)現(xiàn)，制約微型無(wú)人機(jī)用于測(cè)繪的主要因素是高程精度較低，這一點(diǎn)在平地航測(cè)過(guò)程中體現(xiàn)得尤為明顯。但是微型無(wú)人機(jī)用于小區(qū)域航測(cè)可以起到較好的效果，降低測(cè)繪所需成本，提高測(cè)繪效率，在規(guī)定工期內(nèi)完成測(cè)繪任務(wù)。在野外測(cè)繪工作中，利用微型無(wú)人機(jī)技術(shù)無(wú)須測(cè)量過(guò)多的高程點(diǎn)和像控點(diǎn)，因此可以大大降低地物特征點(diǎn)的測(cè)量任務(wù)量。微型無(wú)人機(jī)與其他航測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)相比，自動(dòng)化程度較高，體積較小，易于攜帶[5]。

現(xiàn)階段，微型無(wú)人機(jī)航測(cè)還存在較多不足，利用其繪測(cè)大比例地形圖還不夠成熟。但是微型無(wú)人機(jī)可以作為其他測(cè)量技術(shù)的一種重要輔助工具，發(fā)揮其突出優(yōu)勢(shì)，形成技術(shù)互補(bǔ)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展及電子科技技術(shù)的不斷突破，微型無(wú)人機(jī)在大比例地形圖測(cè)繪中的發(fā)展前景將更為廣闊。