無人機在帶狀地形監(jiān)測方法中的應用研究

王剛

摘 要：近幾年來，無人機發(fā)展迅速，在穩(wěn)定性、續(xù)航能力、自動化等方面都有了較大程度的進步。本文通過對無人機在某高速鐵路航測項目作業(yè)方法的研究，充分顯示了無人機在小面積測區(qū)機動、快速成圖的特點。

關(guān)鍵詞：無人機；航測；帶狀地物；遙感

中圖分類號： P217 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-190-2

1 概述

隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，土地使用情況的變化日益頻繁。高速鐵路、高速公路、石油管線、電力設施等帶狀地物日漸增多，為了有效地加強對關(guān)注區(qū)域的監(jiān)督管理，以低空無人飛行器為遙感平臺的動態(tài)監(jiān)測監(jiān)察技術(shù)，為實現(xiàn)關(guān)注區(qū)域動態(tài)高效監(jiān)測監(jiān)察提供了便利。

2 無人機系統(tǒng)簡介

無人機遙感系統(tǒng)是衛(wèi)星遙感和有人機遙感的有效補充，具有高分辨率圖像和高精度定位數(shù)據(jù)獲取能力，是當今重要的遙感數(shù)據(jù)來源。其主要優(yōu)勢在于高機動性、惡劣條件下作業(yè)、對同一區(qū)域重復觀測的能力，可快速獲取實時的地面影像信息，實現(xiàn)以無人機遙感為基礎(chǔ)的多源遙感支持下的國土資源監(jiān)測。

本次飛行平臺采用DM-110型無人機，其為固定翼型，彈射起飛，傘降回收，巡航速度110km/h，飛行時長2小時，搭載目前無人機主流傳感器—Canon5D Mark3相機。

3 外業(yè)飛行

同傳統(tǒng)航測工作流程類似，無人機航攝飛行主要包括航線設計、飛行控制、原始數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等步驟。

3.1 航線設計

根據(jù)成圖比例尺、結(jié)合無人機系統(tǒng)搭載相機參數(shù)，確定航高、基線長度作業(yè)參數(shù)，然后根據(jù)測區(qū)地理位置及地形地貌利用專業(yè)軟件進行航攝分區(qū)及航線敷設，如圖1為某高速鐵路航線設計圖。

3.2 飛行控制

航線設計完成后，作業(yè)組抵達測區(qū)進行外業(yè)飛行，根據(jù)無人機自身性能選擇合適的起降場地，一般無人機起飛、降落一般由操作員操作完成，航線內(nèi)部飛行時，飛機將轉(zhuǎn)換為自動駕駛狀態(tài)。無人機在空中航拍中，會將飛行狀態(tài)傳輸至地面的控制系統(tǒng)，作業(yè)員可實時監(jiān)控飛行狀態(tài)。在航攝時需注意確保有充足的光照度，避免過大的陰影影響航攝質(zhì)量。

3.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

由于無人機搭載相機為普通數(shù)碼相機，且自身平臺體積小、抗風能力差，導致獲取的影像存在偏角過大、重疊度不均勻等問題。因此，外業(yè)飛行完成后，首先需要利用相關(guān)軟件進行原始數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，檢查內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)完整性、影像航向、旁向重疊度及影像旋角檢查等內(nèi)容，通過質(zhì)量檢查后，方可進入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。

4 數(shù)據(jù)處理方案

外業(yè)飛行完成后，需進行如下環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理：外業(yè)控制測量、空中三角測量、數(shù)字正射影像制作。具體流程如圖2所示：

4.1 影像畸變差糾正

由于無人機系統(tǒng)搭載相機為普通數(shù)碼相機，其拍攝圖像存在較大的畸變，為此首先需要利用專業(yè)的室外檢校場精確標定相機內(nèi)方位元素及相關(guān)畸變參數(shù)，然后對測區(qū)內(nèi)全部原始影像進行畸變差糾正。

相機檢校參數(shù)應包括主點坐標、主距和畸變差方程系數(shù)，檢校時應在地面或空中對檢校場進行多基線、多角度攝影，通過攝影測量平差方法得到相機參數(shù)最終解，并整理精度報告，精度應滿足：主點坐標中誤差不應大于10um，主距中誤差不應大于5um，經(jīng)過畸變差方程式及測定的系數(shù)值擬合后，殘余畸變差不應大于0.3像素。

4.2 控制點布設

現(xiàn)有無人機系統(tǒng)所用POS系統(tǒng)精度均較差，無法直接應用于數(shù)據(jù)后處理，所以需利用控制點進行正射糾正。

像控測量可采用靜態(tài)聯(lián)測或GPS RTK方式進行觀測。

采用靜態(tài)聯(lián)測方法時，若測區(qū)附近有基準點，像控點直接與基準站進行聯(lián)測；若無GPS基準站，通過對測區(qū)的實地踏勘，充分考慮交通、地形、觀測條件等因素，在離測區(qū)最近處設臨時基站。像控點聯(lián)測觀測15-20分鐘。

采用雙頻GPS用RTK作業(yè)模式進行施測時，要求測站觀測前流動站先上一個已知點進行檢查，兩個固定站之間聯(lián)測相同點，保證像控點的精度，避免粗差。

4.3 空中三角測量

空中三角測量是為正射影像制作提供影像外方位元素及定向控制點，主要作業(yè)過程分為相對定向、構(gòu)建自由網(wǎng)、控制點量測、區(qū)域網(wǎng)平差。

絕對定向環(huán)節(jié)中，在區(qū)域網(wǎng)平差計算結(jié)束后，基本定向點殘差、檢查點誤差及公共點校差按GB/T 7930執(zhí)行，當成果僅用于數(shù)字正射影像圖制作時，高程精度可適當放寬。

4.4 正射影像制作

導入空三加密后生成的DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合空三成果，進行正射糾正、勻光勻色和智能鑲嵌加上少量的人工編輯得到最終的DOM成果。

影像糾正可采用數(shù)字微分糾正等方法，糾正范圍選取影像的中心部分，同時保證影像之間有足夠的重疊區(qū)域進行鑲嵌，勻色處理應縮小影像間的色調(diào)差異，使色調(diào)均勻，反差適中，層次分明，保持地物色彩不失真，不應有勻色處理的痕跡。鑲嵌后影像應確保無明顯拼接痕跡、過渡自然、紋理清晰。

5 總結(jié)

隨著技術(shù)不斷進步，無人機應用越來越廣泛。無人機航測以其機動性能高、成圖速度快的特點被廣大測繪單位應用。本文所舉事例測區(qū)為一條長度40千米的高速鐵路，成圖帶寬為400米，成果分辨率0.2米。接到任務后從航線設計到成果提交總共用時不到3天。充分體現(xiàn)了無人機快速機動的性能。

參 考 文 獻

[1] 呂立蕾，張衛(wèi)兵，等.低空無人機航攝系統(tǒng)在長距離輸油（氣）管道1：2000帶狀地形圖測繪中的應用研究[J].測繪通報，2013（4）.

[2] 湯明文.無人機在電力線路巡視中的應用[J].中國電力，2013，46（3）.