無(wú)人機(jī)航空攝影在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

曹秀華 張璇

摘 要：我國(guó)測(cè)繪技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已取得豐碩發(fā)展成果，尤其以無(wú)人機(jī)技術(shù)近年來(lái)被運(yùn)用在諸多行業(yè)領(lǐng)域中，該技術(shù)主要利用無(wú)線電遙控設(shè)備進(jìn)行航測(cè)等工作。在地形圖測(cè)繪研究中，現(xiàn)階段已離不開(kāi)無(wú)人機(jī)技術(shù)的使用，為有效提高無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)水平，應(yīng)對(duì)其具備功能進(jìn)行研究，以提高地形圖測(cè)繪的準(zhǔn)確性。本文主要針對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)所具備的功能，分析利用無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪的方法以及主要流程，使無(wú)人機(jī)技術(shù)的地形圖測(cè)繪能力得到更廣泛認(rèn)同與推廣。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)技術(shù)；地形圖；測(cè)繪；研究

中圖分類(lèi)號(hào)：P217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；A

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)已發(fā)展成為一個(gè)更廣闊的領(lǐng)域。目前，無(wú)人機(jī)技術(shù)的航空攝影功能可以用來(lái)制作地形測(cè)繪、數(shù)字高程模型、三維地形圖等相關(guān)數(shù)字產(chǎn)品。它主要采用現(xiàn)代無(wú)線技術(shù)來(lái)控制自己的程序，可以在救援救災(zāi)、地形測(cè)繪等方面發(fā)揮一定作用。

1、無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1測(cè)繪范圍廣

無(wú)人機(jī)憑借著自身能夠進(jìn)行飛行的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在高空工作向地面進(jìn)行不同角度的、遠(yuǎn)距離的大范圍航測(cè)，還實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)人工無(wú)法測(cè)量的角度工作。并且，無(wú)人機(jī)自身具有的靈活多變的特點(diǎn)在低空作業(yè)和小范圍作業(yè)中也顯示出了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，并且所得出的數(shù)據(jù)質(zhì)量極高且航測(cè)圖具有更高的層次性，有效的幫助了相關(guān)工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。無(wú)人機(jī)在進(jìn)行大范圍的航測(cè)時(shí)得出的航測(cè)數(shù)據(jù)有著極高的精準(zhǔn)性，并且無(wú)人機(jī)自身能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)移動(dòng)拍攝，并且還可以通過(guò)自身攜帶的攝像機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及對(duì)測(cè)量的物體進(jìn)行3D立體圖模擬，清晰度極高。

1.2測(cè)繪速率高

通常情況下，在對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行相應(yīng)的處理時(shí)第一要求就是速率，進(jìn)而有效的保證事態(tài)能夠在人們的掌握之中。因此，與傳統(tǒng)的測(cè)量測(cè)繪技術(shù)相比較，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠最大程度的在有效工作時(shí)間內(nèi)運(yùn)用自身攜帶的攝影機(jī)對(duì)工作人員想要獲取的信息進(jìn)行第一時(shí)間傳遞和收集，充分的保證了信息搜集的工作效率。另外，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠在二千一百平方千米的范圍內(nèi)進(jìn)行有效航測(cè)，如果在應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害救援問(wèn)題時(shí)，無(wú)人機(jī)航測(cè)都能夠以最快的速度提供相關(guān)性的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)援助。

2、無(wú)人機(jī)航測(cè)地形測(cè)繪簡(jiǎn)介

2.1平臺(tái)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)用無(wú)人機(jī)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2傳感器參數(shù)

成像選用普通數(shù)碼相機(jī)，型號(hào)為佳能Eos5DmarkⅡ，CMOS傳感器，與專(zhuān)業(yè)量測(cè)相機(jī)相比，沒(méi)有已知內(nèi)方位元素，成像質(zhì)量相對(duì)較差，最突出的缺點(diǎn)就是構(gòu)像畸變差突出，以及內(nèi)方位元素穩(wěn)定性差[4]，這些都是我們今后不斷研究改進(jìn)的方向。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)用普通相機(jī)未提供相關(guān)參數(shù)，需要在測(cè)量工作開(kāi)始前檢驗(yàn)獲取，便于后期數(shù)據(jù)處理。常用的相機(jī)檢校方法有直接線性變換（DLT）、光線束平差算法、多片空間后交檢校方法等多種方法[5]，其中直接線性變換（DLT）理論發(fā)展相對(duì)成熟，檢校精度能夠滿足一定的作業(yè)要求，應(yīng)用較廣，但是檢校過(guò)程比較復(fù)雜且需要高精度的已知結(jié)構(gòu)信息。光線束平差算法其內(nèi)方位元素根據(jù)實(shí)際情況既可以作為已知數(shù)據(jù)，也可以作為未知數(shù)據(jù)參與計(jì)算，提高解算精度。當(dāng)控制點(diǎn)數(shù)量較多且分布均勻、合理，控制條件好時(shí)，也可以充分發(fā)揮光束法物像模型精細(xì)的特點(diǎn)，視內(nèi)方位元素為未知和其他未知數(shù)一同解算，有利于取得高精度；反之，當(dāng)控制點(diǎn)分布集中在某一區(qū)域或共面分布，控制條件相對(duì)較差時(shí)，視內(nèi)方位元素為已知，參與解算，有利于保證較好的精度。多片空間后交檢校方法先獲取內(nèi)、外方位元素的初值，再進(jìn)行解算，精度高、檢校成果可靠，初值獲取一般采用DLT方法。本實(shí)驗(yàn)檢校采用攝影測(cè)量光束算法[6]，在室內(nèi)精密控制場(chǎng)檢校，平差模型引入（X0，Y0）內(nèi)方位元素和主距f，另外參與系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算的還有構(gòu)像畸變系數(shù)，經(jīng)檢校相機(jī)的參數(shù)見(jiàn)表2。

3、對(duì)地形圖測(cè)繪中影像制作進(jìn)行研究

雖然無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)本身具有數(shù)據(jù)整理的功能，但是現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)硬件技術(shù)還不足以滿足相關(guān)技術(shù)人員的要求，因此無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的硬件技術(shù)還有待改進(jìn)。在無(wú)人飛行器（UAV）航空地形測(cè)繪中，在良好的外部條件下，地形測(cè)繪比通常可以達(dá)到1：2000。目前，為了有效地研究基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的地形測(cè)繪功能，根據(jù)相關(guān)研究成果，發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)采用航空測(cè)繪技術(shù)時(shí)，地形起伏和危險(xiǎn)區(qū)域會(huì)造成地形測(cè)繪精度的降低，相關(guān)無(wú)人機(jī)航測(cè)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)無(wú)人機(jī)飛行高度在500～1500米之間時(shí)，航向重疊度可達(dá)60%～80%，側(cè)向重疊度可達(dá)40%～60%。在研究過(guò)程中，在數(shù)據(jù)的假設(shè)下，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)圖像技術(shù)進(jìn)行后期制作研究。研究結(jié)果表明，在基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的地形測(cè)繪研究中，為了使地形測(cè)繪比例尺符合要求的比例尺。首先，在無(wú)人機(jī)航測(cè)功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，圖像模板的提取是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在提取過(guò)程中，應(yīng)遵循地形圖制作的原則。例如，在無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)中，主要采用提取自然地表要素的方法，以保證地形測(cè)繪的精確性和真實(shí)性。其次，在提取要素的過(guò)程中，應(yīng)使其反映航測(cè)區(qū)的主要地理特征，使地形圖能夠滿足相關(guān)人員在使用中的需要。另外，在圖像數(shù)據(jù)的提取中，使采集到的板材顏色和紋理清晰，使生成的地形圖數(shù)據(jù)清晰。結(jié)果表明，為了有效地提高地形圖的質(zhì)量，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的硬件技術(shù)應(yīng)在離線實(shí)踐中實(shí)施。

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)技術(shù)主要用于獲取空間數(shù)據(jù)，隨著時(shí)代的發(fā)展，該技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用不僅可以節(jié)省成本，而且可以實(shí)現(xiàn)信息快速采集的效果。在利用無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪研究中，首先要選擇地形范圍廣泛的區(qū)域，發(fā)揮無(wú)人機(jī)航空測(cè)繪技術(shù)的最大作用。此外，在高危地區(qū)也應(yīng)使用無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)人機(jī)技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[3]林宗堅(jiān)，謝斐斐，蘇國(guó)中.一種基于平面控制直線約束的非量測(cè)相機(jī)檢校方法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017，43（10）：91-97.

[4]張智華.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地圖測(cè)繪中的應(yīng)用淺析[J].世界有色金屬，2017，30（21）：35-36.

（作者單位：1內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗國(guó)土資源局；2內(nèi)蒙古赤峰市國(guó)土資源局紅山區(qū)分局）