無人機免像控技術(shù)在地形圖測量中的實踐

劉燕芳

南寧市勘察測繪地理信息院 廣西 南寧 530001

正文：

前言：傳統(tǒng)的航測技術(shù)因使用性不強、成本高、極易受天氣影響等缺點，只能應(yīng)用于中小比例尺的測量工作中。無人機技術(shù)因其具備時效性強、成本低、不易受外在條件影響等優(yōu)點，被測繪人員進行廣泛使用，該技術(shù)由于能快速得到數(shù)字高程模型DEM、正射影像圖DOM等，已成為當(dāng)前獲取空間地理信息的一個重要手段，而免像控技術(shù)近幾年擴大應(yīng)用，取得了良好的成績。

一、無人機免像控技術(shù)

把航攝儀搭設(shè)在無人機后進行低空攝影測量，接收天線與機載GPS中心部位與航攝儀會因投影偏心而形成一個矢量常數(shù)，再通過攝影輔助設(shè)備求得姿態(tài)角，進而得到方位元素，把方位元素帶入三角測量中隨后進行平差計算，利用地面已知基準(zhǔn)點，從而獲得更為準(zhǔn)確的地面坐標(biāo)[1]。再選取GPS定位來對航攝儀空間參數(shù)以及無人機俯仰角、側(cè)滾角、航偏角進行獲取，最終通過系統(tǒng)自動誤差校核，可得到影像的外方位元素，進而達成無像控也可對航測攝像進行成像的目的。

二、無人機航拍系統(tǒng)概述

目前在測繪行業(yè)中，無人機技術(shù)受到了廣泛的認(rèn)可及應(yīng)用，以往的無人機技術(shù)在實際測量中有許多不足之處，例如：相機幅度小、無人機飛行不穩(wěn)、影響重疊程度高、成像差異較大等。若按以往的無人機技術(shù)進行地形圖的測量，不單野外測量的工作量會大幅度增加，同時還需設(shè)置多個像控點，這無疑給測量工作帶來難度。鑒于上述情況，無人機免像控技術(shù)隨之產(chǎn)生，本文重點對天狼星無人機航攝系統(tǒng)進行說明，天狼星無人機航攝系統(tǒng)是由美國拓普康公司研發(fā)的，通過與RTK技術(shù)相結(jié)合，可以得到高精度、高密度的航測圖像控制點，該項技術(shù)由于其精準(zhǔn)的定位使得影像的位置信息與地面控制點功能一樣。天狼星無人機系統(tǒng)分為以下幾個方面：第一、無人機飛行平臺，平臺自身設(shè)立RTK測量板塊、影像傳感器、自動駕駛板塊。第二、地面觀測系統(tǒng)，其中包含無線遙控器以及地面監(jiān)控軟件等。MAVinci軟件是地面檢測軟件的組成部分，該軟件可對無人機飛行軌跡、飛行高度、飛行姿態(tài)等進行分析，時刻使地面監(jiān)測人員對無人機各項數(shù)據(jù)進行掌控，確保無人機順利完成其飛行任務(wù)。與此同時，該軟件也起到控制航攝系統(tǒng)的作用，可使無人機自行對于地勢變換進行適應(yīng)[2]。第三、無人機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要任務(wù)是對飛行任務(wù)進行設(shè)備管理以及設(shè)計飛行計劃，具體由GPS接收器、自駕儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組成，對于無人機的飛行速度、飛行高度、無人機姿態(tài)等等數(shù)據(jù)進行傳輸，實現(xiàn)地面人員對無人機的實時監(jiān)測。此外，利用手動、全自動和半自動的方式來對飛機進行控制，可以確保無人機按預(yù)設(shè)軌道平穩(wěn)飛行。第四、后期處理軟件，Photoscan是后期數(shù)據(jù)處理時著重應(yīng)用的一個軟件，它是一款可以通過影像從而生成質(zhì)量較高的三維模型。利用無人機所獲取的航片影像、以及基準(zhǔn)點坐標(biāo)位置通過POS數(shù)據(jù)處理器自動對影像進行定向、進而進行加密裝置，最終實現(xiàn)免像控自動拼接，通過該操作獲得的數(shù)據(jù)極為精準(zhǔn)。

三、工程應(yīng)用

1.試驗區(qū)概況

為了更好對無人機免像控技術(shù)應(yīng)用進行檢驗，選取某市作為試驗地點來對1:500的地形圖進行低空測量。因項目實施過程處于夏季天氣較為炎熱，又因工期較為緊張，為確?？梢匀缙谕旯?，該區(qū)域決定采取低空無人機攝影的方式來對地形圖進行測量。通過免像控技術(shù)和外業(yè)檢測相結(jié)合來對地形圖進行測繪。該試驗區(qū)南北跨度在6.8km左右，東西跨度在7.3km左右，且地勢多為丘陵及平原地區(qū)，北到青云村，西到某工業(yè)園區(qū)、西張村，東到汶河村[3]。

2.航空攝影情況

由于該試驗區(qū)地形不規(guī)則，因此利用無人機的有效航攝面積和航攝時間來對該區(qū)域進行航攝區(qū)域劃分，共分解成16個區(qū)域。具體航線設(shè)計為：直向重疊度80%，旁向重疊70%，地面分辨率在進行影像航攝時設(shè)置為3cm。開始攝影時間為2017/6/16，結(jié)束攝影時間為2017/6/18共計三天，此次航攝共計照片拍攝12760張，相幅大小4896×3264像素，相機焦距設(shè)為18mm，像素大小為4.8μm，這樣航攝出的照片具備色彩平衡、影像清晰、色調(diào)柔美、反差較小的特點。

3.影像處理和DLG生產(chǎn)情況

影像處理開始時間2017/6/19，結(jié)束處理時間2017/6/22共計4天。DLG生產(chǎn)包括1:500標(biāo)準(zhǔn)圖幅共計70幅，需10名作業(yè)人員在培訓(xùn)后于9天之內(nèi)對70幅地形圖的高程點和內(nèi)業(yè)地形要素進行采集。此種方法與以往的傳統(tǒng)空三加密法及布設(shè)像控點法相比，減少了外業(yè)測量像控點及內(nèi)業(yè)手動添加控制點的工作，可節(jié)約2-3天工作量。

4.地形圖精度

對于地形圖精度進行檢查采取GPS-RTK的外業(yè)采集數(shù)據(jù)模式，對于顯著地物點和特征點進行采集，其中高程檢查點150，平面檢查點223,。進行數(shù)據(jù)采集時，RTK狀態(tài)為固定解狀態(tài)，把DLG所對應(yīng)的相應(yīng)平面數(shù)據(jù)坐標(biāo)和檢驗數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的比較和計算，最終得出DLG高程誤差為0.15m，平面誤差為0.15m，滿足實際設(shè)計需求。

總結(jié)：綜上所述，無人機免像控技術(shù)因其具備的獨特優(yōu)勢，目前在測繪行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，其作用效果與日俱增。通過實地研究發(fā)現(xiàn)，天狼星無人機在進行航測時對像控點的測量和設(shè)立進行了省略，同時通過進行內(nèi)業(yè)處理利用計算機技術(shù)自動完成拼接，在一定程度上縮短了任務(wù)周期，工作效率大幅度提升，勘測人員的工作強度和任務(wù)量也有所下降，相信在科技的不斷發(fā)展下無人機免像控技術(shù)因其具備的獨特優(yōu)勢，在未來的生產(chǎn)生活中可以更好發(fā)揮其作用。