無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的探索與運(yùn)用

摘要：本文探討分析了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，研究了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，取得良好的應(yīng)用效果，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);攝影測(cè)量技術(shù);GPS技術(shù)

中圖分類號(hào)：P231? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

由于信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)人機(jī)作為一種新型的飛行設(shè)備，被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，通過運(yùn)用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，可以獲得準(zhǔn)確的航測(cè)數(shù)據(jù)，促進(jìn)不同專業(yè)之間的協(xié)調(diào)配合，真正實(shí)現(xiàn)勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化目標(biāo)。為了保證無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)得到更好運(yùn)用，本文重點(diǎn)分析無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)分析

與載人飛機(jī)相比較而言，無(wú)人機(jī)具有重量輕、反應(yīng)快、速度快、成本低等特點(diǎn)，同時(shí)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的操作流程較為簡(jiǎn)便，受空域管制影響較小，可以快速到達(dá)檢測(cè)區(qū)域，顯著提高測(cè)量效率。在以往的信息調(diào)查與規(guī)劃工作中，工作人員通常會(huì)采用高空攝影測(cè)量技術(shù)或者衛(wèi)星遙感技術(shù)，獲取各類影像數(shù)據(jù)，但是，這兩項(xiàng)技術(shù)操作流程復(fù)雜，周期比較長(zhǎng)，自動(dòng)化水平較低，具備較大的局限性。為了保證這些問題得到良好解決，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，此項(xiàng)技術(shù)具有靈活性高、反應(yīng)快速的特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊[1]。

2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成分析

近幾年以來，無(wú)人機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，以無(wú)人機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，由于造價(jià)低、靈敏度高、操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍越來越廣。此項(xiàng)技術(shù)主要以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，通過搭載非量測(cè)相機(jī)，形成飛行控制體系，地面控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)規(guī)劃，能夠準(zhǔn)確的測(cè)量地面影像數(shù)據(jù)信息，減少錯(cuò)誤測(cè)量數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的利用效率。和常規(guī)的航空攝影測(cè)量技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的維修成本特別低，伴隨國(guó)家政策的不斷改進(jìn)，低空空域逐步開放，無(wú)人機(jī)審批流程更加簡(jiǎn)便，其作業(yè)方式越來越靈活，受外界大氣環(huán)境影響較小，在短時(shí)間內(nèi)，能夠準(zhǔn)確獲取精度的影像數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的良好運(yùn)用，能夠保證常規(guī)航測(cè)與工程測(cè)量中存在的缺陷與不足得到有效彌補(bǔ)，幫助相關(guān)人員快速獲取大比例尺地形圖。無(wú)人機(jī)中搭載的相機(jī)，屬于非量測(cè)相機(jī)，成像速度快。

2.2 無(wú)人機(jī)攝影平臺(tái)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先，為了保證無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)得到更好運(yùn)用，在無(wú)人機(jī)攝影平臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)總體布局，并結(jié)合氣動(dòng)性能與控制方式，進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)，將各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)有效整合。在設(shè)計(jì)過程中，采取后推式雙尾撐結(jié)構(gòu)，確保飛機(jī)具備短距離起降功能正常發(fā)揮，無(wú)人機(jī)的飛行控制能力得到顯著提升。在無(wú)人機(jī)攝影平臺(tái)中，飛行控制系統(tǒng)采取自動(dòng)化控制體系，并以此作為關(guān)鍵部件，航攝儀采取數(shù)碼單方相機(jī)，通過建立二維云平臺(tái)，可以進(jìn)一步提升航攝影像精度，確保相機(jī)的仰角與旋偏角得到高效控制[2]。另外，為了精確檢驗(yàn)無(wú)人機(jī)攝影平臺(tái)資料獲取情況，針對(duì)試飛影像資料，進(jìn)行全方位分析與評(píng)估，重點(diǎn)檢驗(yàn)該平臺(tái)的抗震動(dòng)能力與抗風(fēng)能力，并嚴(yán)格控制相機(jī)的曝光時(shí)間，找到平臺(tái)運(yùn)行中存在的不足，加以改進(jìn)，必要時(shí)可進(jìn)行二次開發(fā)，保證無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

無(wú)人機(jī)攝影平臺(tái)中的控制軟件主要包含兩種，分別是航線規(guī)劃軟件和質(zhì)量管控軟件，其中，航線規(guī)劃軟件的主要功能是結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際范圍，以及航向重疊等參數(shù)，有序完成航線規(guī)劃工作，確保無(wú)人機(jī)攝影平臺(tái)得到高效控制。而質(zhì)量管控軟件則能夠?qū)o(wú)人機(jī)航攝質(zhì)量進(jìn)行高效管控，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的航片，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)飛，確保航攝質(zhì)量驗(yàn)收工作的順利進(jìn)行。

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量主要分為三種方法，分別是綜合測(cè)量方法、全能測(cè)量方法與分工測(cè)量方法，在這三種方法中，綜合測(cè)量方法適合應(yīng)用在大面積土地測(cè)量中，將攝影測(cè)量技術(shù)和平板儀測(cè)量技術(shù)有效結(jié)合，科學(xué)確定地面高程，同時(shí)利用無(wú)人機(jī)攝影像片，更好的了解地面具體情況。而全能測(cè)量方法比較適合應(yīng)用在山地區(qū)域，采用立體測(cè)圖儀，建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型，獲取地面平面位置與高程數(shù)據(jù)[3]。與綜合測(cè)量方法與全能測(cè)量方法不同，分工測(cè)量方法，應(yīng)用在丘陵區(qū)域較多，其應(yīng)用原理是結(jié)合平面位置和高程特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量原理和全能測(cè)量方法類似，相關(guān)人員運(yùn)用立體測(cè)圖儀，快速獲取地形數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而更好的繪制地形圖。

2.3 數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)

運(yùn)用APS數(shù)據(jù)處理軟件，保證GPS無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)影像得到高效處理，同時(shí)能夠用來制作等高線與DTM等等，數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)如下：

（1）相機(jī)內(nèi)部的定向與畸變糾正。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)搭載相機(jī)屬于非量測(cè)相機(jī)類型，在成像的過程當(dāng)中，特別容易產(chǎn)生畸變差，所以，要對(duì)影像實(shí)施畸變差調(diào)整，重點(diǎn)是光學(xué)畸變差的調(diào)整。在改正光學(xué)畸變差的過程當(dāng)中，要求相關(guān)人員收集大量的相機(jī)參數(shù)，從計(jì)算機(jī)視角的角度分析，采取區(qū)域內(nèi)部的各類影像數(shù)據(jù)，然后準(zhǔn)確標(biāo)定相機(jī)，在相機(jī)內(nèi)部進(jìn)行定向處理，最終會(huì)獲得相機(jī)畸變糾正之后的影像數(shù)據(jù)[4]。（2）影像的有效匹配。無(wú)人機(jī)受外界風(fēng)力影像較大，當(dāng)外界風(fēng)力過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生旋偏角，飛行姿態(tài)穩(wěn)定性下降，若采取以往的像素匹配算法，無(wú)法快速確定匹配點(diǎn)具體位置，而APS采取具備旋轉(zhuǎn)尺度的匹配算子，同時(shí)運(yùn)用GPU算法，可以精確的確定出密集匹配點(diǎn)具體位置。（3）融入相控點(diǎn)的空中三角測(cè)量。利用無(wú)人機(jī)采集到的GPS數(shù)據(jù)，包括影像匹配所獲得的匹配點(diǎn)，運(yùn)用光束法區(qū)域網(wǎng)平差算法，準(zhǔn)確計(jì)算出相機(jī)曝光期間，無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)。同時(shí)，運(yùn)用實(shí)際相控點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，計(jì)算出聯(lián)合平差，保證最終的測(cè)量成果快速轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)。（4）DEM的生成。利用空三算解算方法，獲取無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)，包括其具體位置信息，獲得密集匹配點(diǎn)數(shù)據(jù)，確保地面加密點(diǎn)數(shù)據(jù)信息更加準(zhǔn)確。相關(guān)人員采取坐標(biāo)內(nèi)插法，以及濾波算法，能夠獲得準(zhǔn)確的DEM數(shù)據(jù)。采取人工交互方式，將DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行有效編輯，針對(duì)不滿足空間幾何拓?fù)涞匚?，進(jìn)行合理的修改，保證DEM數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。（5）正射影像的糾正與鑲嵌。針對(duì)系統(tǒng)已經(jīng)生成的DEM數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效糾正，并結(jié)合拼接線具體位置，以及陰影區(qū)域正射影像鑲嵌情況，合理調(diào)整色調(diào)，進(jìn)行勻廣處理，確保正射影像色調(diào)的一致性。（6）生成測(cè)繪產(chǎn)品。孔三解算結(jié)束后，將畸變進(jìn)行有效糾正，相關(guān)人員需要將各項(xiàng)影像數(shù)據(jù)與空三數(shù)據(jù)，有序的導(dǎo)入立體測(cè)圖中，在立體測(cè)圖環(huán)境下，通過進(jìn)行科學(xué)測(cè)圖，能夠獲得數(shù)字線劃圖，同時(shí)生成等高線與高程點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行多角度的分析，例如明確無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成、無(wú)人機(jī)攝影平臺(tái)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)等等，可以保證無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)得到更好運(yùn)用，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與合理性，減輕測(cè)量人員的工作壓力。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-03-09

作者簡(jiǎn)介：姜華（1982—），男，遼寧沈陽(yáng)人，本科，工程師，研究方向：無(wú)人機(jī)測(cè)繪。

Exploration and Application of UAV Photogrammetry Technology

JIANG Hua

（Liaoning Natural Resources Affairs Service Center Photogrammetry and Remote Sensing Center， Shenyang Liaoning 110000）

Abstract： This paper discusses and analyzes the characteristics of UAV photogrammetry technology， and studies the application points of UAV photogrammetry technology， good application results have been achieved， hope to be able to provide some reference for the relevant staff.

Key words： UAV; photogrammetry technology; GPS Technology