微小型多旋翼無人機超低空攝影測量技術(shù)在地形圖測量中的應用研究

蔡馭

（云南省水利水電勘測設(shè)計研究院，云南 昆明 650051）

微小型多旋翼無人機超低空攝影測量技術(shù)在地形圖測量中的應用研究

蔡馭

（云南省水利水電勘測設(shè)計研究院，云南 昆明 650051）

當前，隨著無人機技術(shù)的飛速發(fā)展，在勘測領(lǐng)域內(nèi)，無人機超低空攝影測量技術(shù)在實際中應用得越來越多。主要針對微小型多旋翼無人機超低空攝影測量技術(shù)在地形圖測量中的具體應用進行分析，提出地形圖測量中提高測量精度的建議。

地形圖測量；微小型多旋翼無人機；攝影測量；超低空

無人機，即無人駕駛飛機，是一種可控制的、有動力的無人駕駛航空器，可攜帶多種設(shè)備完成不同任務(wù)的飛行要求。最初，無人機主要用于軍事領(lǐng)域，隨著科技的發(fā)展，無人機制造方面的技術(shù)水平都得到了提升，所搭載的傳感器類型也越來越多樣，而隨著制造成本的降低，無人機在其他領(lǐng)域也開始得到了廣泛應用。

數(shù)字攝影測量技術(shù)是地形圖測繪中應用到的主要技術(shù)，將航測相機搭載在無人機上進行航測，將無人機技術(shù)與攝影測量技術(shù)結(jié)合，成為當前測繪領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。本文主要針對微小型多旋翼無人機超低空攝影測量技術(shù)在地形圖測量中的應用進行研究。

1 無人機參數(shù)分析

通過對大連該無人機進行研究，目前小型無人機以固定翼電動無人機為主，尤其是天寶UX5及拓普康SIRIUS無人機，從飛控系統(tǒng)到數(shù)據(jù)處理，提供了完整的解決方案，是行業(yè)的標桿，非常適用于地形圖測量。但由于此類無人機造價較高，在一般性地形圖測量工作中不適合應用。例如，在電力工程外業(yè)塔位地形圖測量中，由于測區(qū)范圍大、測點分布散亂，因此，一款操控便利、價格合適、便于攜帶的無人機系統(tǒng)就非常適用。本文將某四旋翼無人機作為載體，對其在地形圖測量中的應用進行研究。

無人機參數(shù)：四旋翼無人機含電池及漿總重1 280 g，對角線距離590 mm，最大下降與上升速度分貝為3 m/s、5 m/s，懸停精度一般垂直向±0.5 m，水平向±1.5 m，超聲波范圍內(nèi)垂直向懸停精度±0.1 m，最大飛行高度6 000 m，最大水平飛行速度16 m/s，工作環(huán)境溫度0～40℃，最長飛行時間23 min，GPS支持GLONASS/GPS雙模，云臺可控轉(zhuǎn)動范圍俯仰-90°～+30°。

相機參數(shù)：影像傳感器有效像素1 240萬，1/2.3英寸CMOS，鏡頭FOV94°20 mm，電子快門速度1/8 000～8 s，ISO范圍為照片100～1 600張，視頻100～3 200；照片最大分辨率3 000×4 000.該無人機售價在萬元以內(nèi)，彌補了以往無人機沒有搭載相機及云臺的不足，有效拓展了超低空攝影測量領(lǐng)域內(nèi)對消費級無人機的應用空間。

表1 無人機相機標定參數(shù)

表2 檢查點精度

2 無人機超低空攝影測量技術(shù)的具體應用

2.1 相機檢校

由于該無人機結(jié)合了測繪相機，屬于一體機，并且在對相機進行標定的時候，只能是在無人機通電的情況下進行。在對相機進行標定時，采用DVSStudioDC無人機攝影測量軟件中的相機標定模式，對相機的參數(shù)進行計算，結(jié)果如表1所示。

2.2 飛行試驗

在進行飛行測量之前，需要先布設(shè)相控點，以某電力桿塔航測為例，在其周圍布設(shè)檢查點及控制點共18個，對紅白旗中心坐標利用PTK GPS測量。消費級小型無人機與專業(yè)級測繪型無人機有明顯的不同，消費級無人機沒有配置自動航飛軟件，所以飛行全部依靠手動遙控器控制。將DJI GO軟件安裝在IPAD上，對測區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星影像進行緩沖，將測區(qū)大致范圍在軟件上畫出。本次測量重疊度，旁向50%，航向80%，立體相對覆蓋范圍100 mm×100 mm，飛行信息如下：①高度50 m，GSD 0.022 m，單片覆蓋范圍86 m×65 m，需拍攝像片數(shù)量24張；②高度80 m，GSD 0.035 m，單片覆蓋范圍138 m×104 m，需拍攝像片數(shù)量12張；③高100 m，GSD 0.044 m，單片覆蓋范圍172 m×130 m，需拍攝像片數(shù)量8張。根據(jù)設(shè)計航向飛行，保證旁向與航向重疊度，飛行結(jié)束后對飛行質(zhì)量進行檢查，結(jié)果顯示，兩條航帶平均重疊度都在80%以上，全部配對成功，平均航偏角在1.2°以內(nèi)?？梢?，對無人機采用手動控制方式進行地形圖測繪，攝影測量數(shù)據(jù)采集與處理滿足要求。

2.3 精度評定

本次航測試驗共設(shè)置18個相控點，并利用RTK GPS對標志中心坐標進行測量。在測區(qū)4個角和中心點總共5個控制點進行選取，同時在測區(qū)內(nèi)選擇均勻分布的6個控制點，分別進行空三結(jié)算，利用其他控制點對高程精度進行檢查，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)航攝重建三維場景，結(jié)果顯示，5個控制點精度較好，不管是在高程誤差方面，還是在等高距方面，都可滿足相關(guān)要求，因此所得到的地形圖精度也可滿足要求。

2.4 單立體模型試驗

本次研究中，針對50 m×50 m局部進行單模型試驗，試驗飛行高度選擇80 m，確保所測量立體覆蓋范圍滿足試驗要求，根據(jù)相同的精度評定方法，對測量結(jié)果進行評定，結(jié)果如表3所示。

此外，對測點斷面圖利用RTK GPS進行實測，然后對立體測圖數(shù)據(jù)與斷面點數(shù)據(jù)在精度方面進行對比。結(jié)果顯示，立體測圖測得的高程與外側(cè)檢測數(shù)據(jù)高程基本一致，但在植被茂密的區(qū)域差異較大，而外業(yè)實測的28個斷面監(jiān)測點高程與內(nèi)業(yè)測得的高程結(jié)果誤差為0.076 m，在電力勘測塔基斷面測量中可以滿足需要。

表3 單立體模型精度評定

3 結(jié)論

本文分析了采用微小型多旋翼無人機對地形圖測量時進行超低空攝影測量實施應用的可能性，并對測量的精度進行了評定，結(jié)論如下：①在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中，對無人機進行人工手動操作，所采集的數(shù)據(jù)能夠滿足需求；②在一般植被較少的測區(qū)內(nèi)，微小型多旋翼無人機超低空攝影測量技術(shù)測量結(jié)果在精度方面滿足要求。在實測中，微小型多旋翼無人機的應用還存在一些問題，比如人工手動控制難免會出現(xiàn)失誤，因此后續(xù)還需要有針對性地對飛控軟件進行研發(fā)，對無人機飛行的線路精度進行控制，使測圖精度和作業(yè)效率得到提升。

［1］李添國，蔡延斌.低空無人機航攝系統(tǒng)應用實例研究［J］.青海國土經(jīng)略，2014，03（14）：72-75.

［2］周曉敏，趙力彬，張新利.低空無人機影像處理技術(shù)及方法探討［J］.測繪與空間地理信息，2012，02（28）：182-184.

［3］張義虎.無人機攝影測量技術(shù)在數(shù)字化地形測量的應用［J］.科技創(chuàng)新與應用，2017，05（11）：292.

［4］劉正林，常龍，徐兆巖.無人機低空攝影測量在電力工程中的應用論述［J］.建材與裝飾，2016，36（24）：193-194.

［5］王湘文，于啟升，王雅鵬.無人機低空攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的應用［J］.地礦測繪，2013，01（18）：34-36.

P217；P231

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.157

2095－6835（2017）20－0157－02

蔡馭（1990—），男，云南玉溪人，本科，助理工程師，主要從事工程測繪方面的工作。

〔編輯：劉曉芳〕