基于小型無人機(jī)系統(tǒng)的地形測(cè)繪系統(tǒng)

何閩川

摘 要：小型無人機(jī)在地形測(cè)繪中有廣泛的應(yīng)用，小型無人機(jī)攜帶較為方便，裝配較為快捷，并且隨著科學(xué)的進(jìn)步，對(duì)于攝像頭傳感器等各種部件不斷的升級(jí)，能夠使小型無人機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)的圖像數(shù)據(jù)傳輸以及地形測(cè)繪等多種分析測(cè)量工作更加高效的開展。本文對(duì)小型無人機(jī)系統(tǒng)的地形測(cè)繪工作進(jìn)行探究，并且根據(jù)相應(yīng)無人機(jī)實(shí)際航測(cè)工作開展多個(gè)方面的闡述，希望能夠使地形測(cè)繪系統(tǒng)更加完善。

關(guān)鍵詞：小型無人機(jī);地形測(cè)繪;系統(tǒng)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于某一地區(qū)的地形可能隨之產(chǎn)生較大的變化，比如城市的擴(kuò)建對(duì)城市地形產(chǎn)生的影響，礦區(qū)的開采對(duì)礦區(qū)地形造成的變化等，這些區(qū)域均需要在短時(shí)間內(nèi)，使地形測(cè)繪系統(tǒng)不斷動(dòng)態(tài)的更新，以保證人們生活和生產(chǎn)的需要。而針對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)繪方式，雖然也能得到較為精確的測(cè)繪數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)獲取的效率較低，而小型無人機(jī)系統(tǒng)較為靈活，并且在短時(shí)間內(nèi)即可對(duì)某一特定區(qū)域開展全面的地形測(cè)繪工作，因此選用小型無人機(jī)系統(tǒng)，在地形測(cè)繪工作中能夠顯著的提升工作的效率。此外，可以利用無人機(jī)勘測(cè)數(shù)據(jù)的多種糾正方法配合高精度的傳感設(shè)備，使數(shù)據(jù)的精度得到不斷的提高。最后，無人機(jī)勘測(cè)的成本較低，較低的投入即可開展地形測(cè)繪工作。

1 小型無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)

1.1 呈現(xiàn)的特點(diǎn)

小型無人機(jī)可以在低空飛行，能夠使相應(yīng)的測(cè)繪系統(tǒng)精度得到提升。同時(shí)，對(duì)于天氣的各項(xiàng)要求較低，并且相應(yīng)的操控可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備的智能連接，既可以使用無人機(jī)地形測(cè)繪的專業(yè)操控平臺(tái)，也可以使用相應(yīng)無人機(jī)控制手柄等設(shè)備進(jìn)行臨時(shí)操控。因此具備操控簡(jiǎn)單、設(shè)備便攜、適應(yīng)能力強(qiáng)等多種優(yōu)勢(shì)。

目前小型無人機(jī)系統(tǒng)可以搭載4k高清遙感攝影技術(shù)，并且配合5G信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)高吞吐量傳輸數(shù)據(jù)的能力，搭載全波段的傳感器，并且有超廣角鏡頭，支持更高角度的遙感拍攝，能夠與地面測(cè)繪系統(tǒng)進(jìn)行，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸處理，從而有效的提升測(cè)繪的精確度以及信息分析處理能力。除此以外，小型無人機(jī)還可以搭載專用的遙感傳感器，能夠支持外部相應(yīng)部件拓展，比如搭載熱成像儀、小型氣象傳感器等設(shè)施能夠拓寬測(cè)繪系統(tǒng)的應(yīng)用空間和領(lǐng)域。

1.2 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

首先對(duì)于小型無人機(jī)的飛行速度有一定的要求，飛行速度過低對(duì)于勘測(cè)工作開展效率會(huì)受到較大的影響，而飛行速度過高則會(huì)降低測(cè)繪的數(shù)據(jù)質(zhì)量。一般而言，飛行速度應(yīng)控制在50～100千米/小時(shí)。無人機(jī)應(yīng)支持懸浮定位模式，以便于針對(duì)某一點(diǎn)為中心進(jìn)行地形勘測(cè)工作的需要。并且無人機(jī)在發(fā)生故障或電量不足時(shí)，應(yīng)具備自動(dòng)返航滑翔功能，避免在惡劣情況下對(duì)自身設(shè)備造成損壞。飛行的高度和速度需要穩(wěn)定控制，不能大于波動(dòng)的5%，航測(cè)時(shí)相應(yīng)的傳感器角度誤差不能大于2%。無人機(jī)應(yīng)具備大于30分鐘的續(xù)航能力，以免在工作開展過程中需要頻繁的補(bǔ)充能源。

2 小型無人機(jī)系統(tǒng)開展地形測(cè)繪工作

2.1 測(cè)繪前的準(zhǔn)備工作

在無人機(jī)測(cè)繪前，需要對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)查和研究，分析無人機(jī)起降的最佳地點(diǎn)以及勘測(cè)過程中相應(yīng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的調(diào)整。應(yīng)注重太陽光線對(duì)無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)造成的干擾，選擇合適的時(shí)間點(diǎn)展開測(cè)繪工作。并且測(cè)繪的距離應(yīng)根據(jù)小型無人機(jī)的飛行能力而定。無人機(jī)上搭載的三樣傳感設(shè)備，在開展測(cè)繪前要進(jìn)行誤差的校正，其中包含機(jī)械傳動(dòng)模式的誤差和軟件算法之間的誤差，比如光學(xué)畸變系數(shù)的判定，CCD系數(shù)的測(cè)試等。其相應(yīng)系數(shù)的調(diào)整均有對(duì)應(yīng)的計(jì)算數(shù)學(xué)模型，應(yīng)注重相應(yīng)變量控制在合適的范圍內(nèi)，并且多次取平均值以適應(yīng)測(cè)繪系統(tǒng)的需要。對(duì)于小型無人機(jī)的航線確定可以借助ASCOT設(shè)計(jì)軟件，比如對(duì)于航測(cè)高度的確定，可以根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算。

aGSD=fh

其中，a為無人機(jī)搭載攝像頭的像素元尺寸，f為對(duì)應(yīng)鏡頭的焦距，根據(jù)測(cè)繪要求的分辨率GSD，適當(dāng)調(diào)整飛行高度h。測(cè)繪過程中應(yīng)根據(jù)GPS傳感器來控制航向重疊率，避免數(shù)據(jù)過度重疊影響系統(tǒng)分析，降低測(cè)繪質(zhì)量。對(duì)應(yīng)無人機(jī)巡航速度和地面間距，可以有效的判定出小型無人機(jī)系統(tǒng)的拍攝間隔。

2.2 無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)使用空三加密

空三加密由外業(yè)提供控制測(cè)量成果，內(nèi)業(yè)解算測(cè)圖定向點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程值。加密精度指標(biāo)如下：

（1）連接點(diǎn)上下視差中誤差為2/3個(gè)像素，最大殘差4/3個(gè)像素。

（2）模型連接較差限差計(jì)算公式：△S=0.02·m像·10-3和△Z=0.02·m像·fk/b·10-3

式中，△S為平面位置較差，單位為m;△Z為高程較差，單位為m;m像為相片比例尺分母;fk為數(shù)碼相機(jī)焦距，單位為mm;b為相片基線長(zhǎng)度，單位為mm

（3）每個(gè)像對(duì)連接點(diǎn)分布均勻，自動(dòng)相對(duì)定向時(shí)，每個(gè)像對(duì)連接點(diǎn)數(shù)目不少于30個(gè)，人工相對(duì)定向時(shí)，每個(gè)像對(duì)連接點(diǎn)數(shù)目不少于9個(gè)。

（4）區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算結(jié)束后，基本定向點(diǎn)殘差、檢查點(diǎn)誤差及公共點(diǎn)的較差符合國家測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 成像數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢測(cè)

應(yīng)結(jié)合飛行記錄盡快對(duì)獲取的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行檢查，對(duì)影像重疊度、相片傾斜與旋轉(zhuǎn)、航線彎曲、航高保持、影像曝光等方便進(jìn)行全面的判斷。如具有未完全覆蓋目標(biāo)區(qū)、影像曝光嚴(yán)重過度或嚴(yán)重不足等現(xiàn)象，則需盡快安排補(bǔ)飛。

3 結(jié)束語

小型無人機(jī)對(duì)于動(dòng)態(tài)變化較高的區(qū)域能夠開展動(dòng)態(tài)高效的地形測(cè)繪工作，并且測(cè)繪的成本較低，能夠有效的降低相應(yīng)資金的支出。除此以外，小型無人機(jī)地形測(cè)繪系統(tǒng)大大的削弱了測(cè)繪工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，能夠促進(jìn)小型無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)得到不斷的完善和創(chuàng)新，因此該系統(tǒng)擁有良好的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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