陳玲，潘伯鳴，曹黎云

(常州市測(cè)繪院，江蘇常州 213002)

低空無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在四川地形測(cè)繪中的應(yīng)用

陳玲?，潘伯鳴，曹黎云

(常州市測(cè)繪院，江蘇常州 213002)

低空無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)作為全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的有力補(bǔ)充，目前在應(yīng)急測(cè)繪及小面積高分辨率地理信息數(shù)據(jù)快速獲取等方面已起到越來(lái)越重要的作用。本文介紹了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)的概況，并以四川綿竹旅游規(guī)劃測(cè)繪項(xiàng)目為例，闡述了應(yīng)用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行地形測(cè)繪的流程及方法。

無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)；地形測(cè)繪

1 引 言

無(wú)人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱“無(wú)人機(jī)”，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。機(jī)上無(wú)駕駛艙，但安裝有自動(dòng)駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備。地面、艦艇上或母機(jī)遙控站人員通過(guò)雷達(dá)等設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行跟蹤、定位、遙控、遙測(cè)和數(shù)字傳輸。近些年，無(wú)人飛機(jī)航攝系統(tǒng)在測(cè)繪方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

衛(wèi)星遙感和常規(guī)航攝技術(shù)由于周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，無(wú)法及時(shí)有效地滿足應(yīng)急測(cè)繪、小面積高分辨率地理信息數(shù)據(jù)更新的需求。無(wú)人飛機(jī)航攝系統(tǒng)是傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量手段的有力補(bǔ)充，具有機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣等特點(diǎn)，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2 無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)介

低空無(wú)人飛行器航攝系統(tǒng)是高分辨率及高精度遙感影像獲取和處理的嶄新技術(shù)。它以無(wú)人駕駛飛行器為飛行平臺(tái)，負(fù)載數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝錄機(jī)等數(shù)字遙感設(shè)備進(jìn)行拍攝和記錄，通過(guò)遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行影像的同步傳輸，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝的后期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的糾正與編輯，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息的實(shí)時(shí)調(diào)查與監(jiān)測(cè)。

我國(guó)研制無(wú)人機(jī)已有40幾年的歷史，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，世界上30余個(gè)國(guó)家和地區(qū)已研制出了50多種無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)型號(hào)超過(guò)300余種。在我們國(guó)內(nèi)也已有多家單位成功研制出無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)及后期數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，如“QuickEye”、“華鷹”、“飛象”等。采用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，可在超低空云下作業(yè)，對(duì)天氣的依賴非常小，而且不需要專用機(jī)場(chǎng)，起降簡(jiǎn)單，操作靈活，具有機(jī)動(dòng)快速的響應(yīng)能力，獲取地面影像的速度非?？?。

2.1 無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

(1)云下攝影，受氣候影響小，可低空飛行。

(2)攝影方向任意，比航空攝影測(cè)量應(yīng)用范圍更寬廣。

(3)較小遮擋，場(chǎng)地限制少，效率高。

2.2 系統(tǒng)組成

(1)空中部分:云臺(tái)(含穩(wěn)定平臺(tái))、數(shù)碼相機(jī)、執(zhí)行部分、自動(dòng)控制設(shè)備、差分GPS、攝像機(jī)、通訊設(shè)備。

(2)地面部分:地面GPS、手控設(shè)備、編碼器、計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備，如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成

3 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在四川測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用

四川綿竹是江蘇省對(duì)口援建城市，常州市的對(duì)口援建特別是規(guī)劃和測(cè)繪工作得到了高度肯定，根據(jù)四川綿竹沿山地區(qū)的旅游規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理需要，需對(duì)沿山公路的5個(gè)重點(diǎn)村進(jìn)行1∶1 000地形圖、1∶5 000地形圖控制測(cè)量，地形數(shù)據(jù)采集及成圖，為這些重點(diǎn)村進(jìn)行控制性規(guī)劃服務(wù)。綿竹沿山地區(qū)位于龍門(mén)山脈與平壩地區(qū)交界處，整個(gè)作業(yè)區(qū)呈現(xiàn)中部及東部與南部較低、平，其他區(qū)位較高的盆地特點(diǎn)，整個(gè)測(cè)區(qū)地形比較復(fù)雜。四川綿竹春季又以陰雨天為主，少有晴天，再加上工期非常緊張，如果采用全野外施測(cè)方案和傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量，工期來(lái)不及，結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際情況，常州市測(cè)繪院大膽嘗試采用無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行航空攝影測(cè)量，并在很短期限內(nèi)順利完成了四川綿竹市沿山地區(qū)5村莊旅游規(guī)劃測(cè)繪項(xiàng)目。

3.1 測(cè)區(qū)概況

綿竹沿山地區(qū)位于龍門(mén)山脈與平壩地區(qū)交界處，主要包括5個(gè)鎮(zhèn):漢旺鎮(zhèn)、九龍鎮(zhèn)、遵道鎮(zhèn)、土門(mén)鎮(zhèn)、廣濟(jì)鎮(zhèn)。測(cè)區(qū)總面積約31.4 km2。

3.2 技術(shù)流程(如圖2所示)

圖2 技術(shù)流程圖

圖3 不同比例尺測(cè)區(qū)劃分

3.3 航線規(guī)劃和測(cè)區(qū)劃分

在山區(qū)進(jìn)行航飛需避開(kāi)山頭，保持安全的航高，采用1∶10 000地形圖進(jìn)行精確的高度判準(zhǔn)，使航飛的高度保持在安全的區(qū)域。同時(shí)要?jiǎng)澏ú煌臏y(cè)區(qū)，精度要求比較高(1∶1000或1∶2000等)的山谷地帶、精度要求較低的山頭地帶要分開(kāi)劃分測(cè)區(qū)，如圖3所示，并根據(jù)山體走勢(shì)，避免氣流突變，確保飛行安全。

3.4 像控布設(shè)

考慮到項(xiàng)目工期緊張及飛行的具體情況，像控點(diǎn)的布設(shè)采用400 m正方形格網(wǎng)布設(shè)，角點(diǎn)處周圍即作為像控點(diǎn)的采集區(qū)域。測(cè)區(qū)外圍凹凸處適當(dāng)增加像控點(diǎn)。

3.5 空三解算

由于無(wú)人機(jī)獲取的航片不僅像幅小，影像畸變大，而且偏角和滾角也大。為此，本項(xiàng)目采用DPGrid進(jìn)行空三加密與平差解算，其自動(dòng)空三模塊DPGrid.AT具有快速并行處理海量數(shù)據(jù)的能力，平差模塊DPGrid. BA具有處理姿態(tài)極差航片的能力。能夠快速高效地生成大量高精度、高強(qiáng)度的模型連接點(diǎn)，獲得高精度的空三加密結(jié)果，以滿足大比例尺測(cè)圖的要求。空三加密成果精度如表1所示。

多余控制點(diǎn)誤差表 表1

以丘陵地形為參照，表1所列多余控制點(diǎn)平面與高程殘差最大差值均小于丘陵地限差(平面0.5 m，高程0.4 m)，符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.6 立體測(cè)圖

由于無(wú)人機(jī)航片具有像幅小、姿態(tài)差的特點(diǎn)。我們采用了蘇武現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)立體判測(cè)，其能自動(dòng)、最優(yōu)地切換立體模型，免除繁瑣地手工調(diào)模型，而且無(wú)需生成核線影像，適合無(wú)人機(jī)航片測(cè)圖。測(cè)圖界面如圖4所示。

小飛機(jī)的像元分辨率只有DMC的一半左右，所以立體判讀要比普通DMC數(shù)據(jù)困難一些，尤其是桿狀地物，如電桿等，需仔細(xì)判讀。

圖4 蘇武現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作界圖

3.7 質(zhì)量情況

我們對(duì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查:抽取最終成果的10%，檢查內(nèi)容包括平面精度檢測(cè)，高程精度檢測(cè)，間距中誤差丈量統(tǒng)計(jì)以及圖面巡視檢查。

最終檢查如表2所示。

數(shù)學(xué)精度檢查統(tǒng)計(jì)表 表2

通過(guò)對(duì)所抽查圖幅的各項(xiàng)質(zhì)量特性檢查，本項(xiàng)目的1∶1 000、1∶5 000地形圖的數(shù)學(xué)精度、地理精度符合要求，圖面內(nèi)容表達(dá)清晰，地物地貌取舍合理，均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。四川綿竹沿山地區(qū)5村莊旅游規(guī)劃測(cè)繪項(xiàng)目前已由江蘇省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)站全面驗(yàn)收合格。

4 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量與傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量的比較

與傳統(tǒng)的航空攝影相比，無(wú)人機(jī)航空攝影受天氣影響小，具有輕便靈活、反應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，它不需要專用的起降機(jī)場(chǎng)、也不需要昂貴的導(dǎo)航通訊設(shè)備，可大大降低航空攝影的成本。但由于像幅較小，降低了單位時(shí)間內(nèi)航空攝影的效率，難以進(jìn)行大面積航攝，而且增加了加密與測(cè)圖的工作量，降低了高程精度。此外，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的技術(shù)要求還較高。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前低空無(wú)人機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段，在實(shí)際工作中也免不了遇到一些困難，如區(qū)域網(wǎng)的設(shè)計(jì)、山區(qū)植被密集區(qū)像控點(diǎn)的布設(shè)及空三加密等，還需要不斷嘗試和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

[1] 張祖勛.從數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站(DPW)到數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格(DPGrid)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2007 (07)

[2] 何敬，李永樹(shù)，魯恒等.無(wú)人機(jī)影像的質(zhì)量評(píng)定及幾何處理研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2010(4)

[3] 杜全葉，陸錦忠.無(wú)人飛艇低空攝影測(cè)量系統(tǒng)及其DOM制作關(guān)鍵技術(shù)[J].測(cè)繪通報(bào)，2010(6)

[4] 凡亦文，劉全海，高文濤等.無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量在大比例尺測(cè)圖中的應(yīng)用.第十七屆中國(guó)遙感大會(huì)摘要集，2010

[5] 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社第四編輯室.測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)匯編——攝影測(cè)量與遙感卷[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009

The Application of Low Altitude Unmanned Aerial Mapping System to Survey and Map of Geography in Sichuan

Chen Ling，Pan Bomin，Cao Liyun
(Changzhou Serveying and Mapping Institute，Changzhou 2130002，China)

The low altitude Unmanned aerial mapping system as the total amount word photographs measured emollient add，have already had a more and more important function in the aspects of meeting an emergency to survey and map and the small area high resolution geography information data quickly obtaining to wait currently.This text introduced unmanned machine low altitude to photograph the general situation of measuring the system，and with the Mian bamboo tour programming in Sichuan surveys and maps item for example，elaborated that the applied unmanned machine low altitude Unmanned aerial mapping system to carry on the process and method that the geography surveys and maps.The application that photographs to measure system in the aspects of surveying and mapping to the low altitude Unmanned aerial has better expansion meaning.

Unmanned machine Unmanned Aerial Mapping System；the geography surveys and maps

2011—02—17

陳玲(1979—)，女，工程師，現(xiàn)主要從事航空攝影測(cè)量、4D生產(chǎn)等相關(guān)技術(shù)工作。

1672－8262(2011)05－75－03

P237

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