林莉黃昶

(四川省遙感信息測繪院，四川成都 610100)

隨著固定翼輕型低空無人飛機(jī)技術(shù)的發(fā)展和GPS自動駕駛技術(shù)的運(yùn)用，利用無人飛機(jī)進(jìn)行應(yīng)用于測繪的航空攝影成為現(xiàn)實。無人飛機(jī)體積小巧，機(jī)動靈活，不需專用跑道起降，受天氣和空域管制的影響很小，能夠在極短的時間內(nèi)快速獲取影像。研究利用無人飛機(jī)獲取的航空影像進(jìn)行地形圖測繪，對影像獲取困難地區(qū)以及需要快速成圖的地區(qū)有著重要的現(xiàn)實意義，其快速、現(xiàn)時性強(qiáng)等特點，將在城市規(guī)劃、數(shù)字城市建設(shè)、國家應(yīng)急救災(zāi)、地理國情監(jiān)測和新農(nóng)村測繪保障等方面發(fā)揮積極的作用。

1 低空無人飛機(jī)航攝系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)硬件

硬件系統(tǒng)由五部分組成:無人機(jī)飛行平臺、傳感器(數(shù)碼相機(jī))、飛控系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)與遙控器以及地面運(yùn)輸與保障系統(tǒng)。

無人機(jī)飛行平臺:無人機(jī)由機(jī)體、操縱系統(tǒng)、動力系統(tǒng)三部分組成。

傳感器:航攝用傳感器配備佳能5D markⅡ定焦數(shù)碼相機(jī)，焦距分別為35 mm和24 mm。相機(jī)像素大小為6.4μm，像幅大小為5 616像素×3 744像素(2 100萬像素)。

飛控系統(tǒng):飛控采用自動駕駛儀UP30，它高度集成了GPS接收機(jī)、氣壓傳感器、空速傳感器、飛行控制系統(tǒng)等部件，可以穩(wěn)定控制各種氣動布局的中低速無人機(jī)，實現(xiàn)導(dǎo)航、定位和自主飛行。

地面監(jiān)控系統(tǒng)與遙控器:地面監(jiān)控系統(tǒng)包括地面監(jiān)控工作站(聯(lián)想便攜式計算機(jī))、UP30飛控軟件、電臺和天線。其中在UP30飛控軟件中設(shè)計編輯航線和航路點，能夠?qū)崟r修改無人機(jī)的飛行姿態(tài)和目標(biāo)航點，同時可實時顯示無人機(jī)的各種飛行參數(shù)和電池電壓。所有這些數(shù)據(jù)均通過電臺和天線與無人機(jī)進(jìn)行通訊。遙控器是手動控制無人機(jī)飛行的遠(yuǎn)程控制設(shè)備，技術(shù)嫻熟的操控手利用遙控器可以實現(xiàn)無人機(jī)滑跑起飛和降落。

地面運(yùn)輸與保障系統(tǒng):地面運(yùn)輸與保障系統(tǒng)配有一輛汽車，可長距離裝載運(yùn)輸無人機(jī)設(shè)備。另外還配有警示筒、警示衣、警示繩等安全保障設(shè)備。

1.2 配套軟件

包括曝光點設(shè)計軟件、航攝質(zhì)量快速檢查軟件、影像預(yù)處理軟件。

2 地形圖航空攝影測量

項目位于四川綿陽某地，是關(guān)于火車站擴(kuò)建的1：1000規(guī)劃用圖，前期計劃使用全野外測圖并已經(jīng)開展，但工期甚急，無法滿足10天完成10 km2的要求。測區(qū)地形類別為丘陵，平均高程約520m，交通較發(fā)達(dá)，寶(雞)成(都)鐵路縱穿其內(nèi)，農(nóng)村居民地零星分布較多，面積約10 km2。

甲方提供綿陽2000坐標(biāo)系、1985國家高程基準(zhǔn)的CORS參數(shù)及賬號，成圖亦采用綿陽2000坐標(biāo)系，1985國家高程基準(zhǔn)。

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2.1 航空攝影

使用數(shù)碼相機(jī)航攝時，航線設(shè)計以GSD(地面分辨率)為出發(fā)點，先由成圖比例尺確定GSD，進(jìn)而確定航高。在高差較小的地區(qū)航攝時，成圖比例尺與GSD的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 地面分辨率對應(yīng)

本次航攝采用35 mm焦距的數(shù)碼相機(jī)，其焦距和像元尺寸是確定的，航高與地面分辨率有關(guān)，它們存在以下比例關(guān)系

上式中f為焦距(35 mm)，H為航高，＆為像元尺寸(6.4μm)，GSD為地面分辨率。

根據(jù)以上公式可計算出本次航攝的相對航高約為550m，絕對航高1 070m。

根據(jù)航測規(guī)范要求，本次航攝航向重疊度設(shè)定為65%，旁向重疊度設(shè)定為35%，按照計算的航高和重疊度、地面分辨率等參數(shù)，輸入航線設(shè)計軟件，計算曝光點坐標(biāo)，并可確定本次航攝的航線數(shù)、相片數(shù)、基線長度、旁向間距、總航程等參數(shù)。

天氣允許即可進(jìn)行航攝，本次攝影時間為2011年1月4日，獲取影像參數(shù)見表2。

表2 影像參數(shù)

2.2 像片控制

(1)布點方案及要求

本次航攝為南北飛行，根據(jù)《航外規(guī)范》的要求，該區(qū)域外業(yè)按6條基線逐航帶布設(shè)平高像控點，并在測區(qū)鋪裝路面布設(shè)高程點以檢查加密和成圖的高程精度。

像控點盡量選在平房房角、道路行車線、斑馬線、花臺角、影像小于0.2 mm的點狀地物中心等明顯的地方;若確無明顯地方，可分開布設(shè)平面、高程控制點，但不能選在人字頂房角、有草叢的田埂、有弧度的田角等，當(dāng)布設(shè)的點高于地面時，還應(yīng)提供該點至地面的比高。

(2)像片控制點及檢查點的施測

本次像片控制測量采用綿陽市CORS系統(tǒng)，根據(jù)提供的參數(shù)直接獲取綿陽2000坐標(biāo)和1985國家高程。像控點采用電子刺點，現(xiàn)場對點位照相并制作點位信息表供內(nèi)業(yè)加密使用。

像控點測量主要技術(shù)要求應(yīng)符合表3的精度規(guī)定。

表3 像控點精度規(guī)定

本次共測量了113個像控點、135個檢查點。

2.3 內(nèi)業(yè)加密

進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)空中三角測量平差前，需對經(jīng)畸變差改正后的原始航空影像進(jìn)行無控制自由網(wǎng)平差，如果相對定向誤差不大于2/3個像素，像點收斂值不大于2/3個像素，則該原始航空影像畸變差改正正確，可開展后續(xù)工作。

利用VirtuoZoAAT 3.5空三加密軟件進(jìn)行無人機(jī)航空影像區(qū)域網(wǎng)平差，精度情況見表4。

表4中平面限差、高程限差為《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》對1：1000丘陵的精度要求。

表4 區(qū)域網(wǎng)平差精度 m

測區(qū)有部分外業(yè)全野外測繪1：1000地形圖數(shù)據(jù)，為了進(jìn)一步檢測高程精度，將圖內(nèi)內(nèi)已有外業(yè)實測高程點導(dǎo)入立體模型檢測立體模型高程精度，精度情況見表5。

表5 高程精度檢測 m

2.4 一體化成圖

采用“內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集—外業(yè)調(diào)繪編輯一體化”的技術(shù)路線。首先利用全數(shù)字空中三角測量成果恢復(fù)立體模型，并對相對定向、絕對定向進(jìn)行檢查，再根據(jù)《內(nèi)業(yè)規(guī)范》、《圖式》及《代碼》采集地物、地貌要素，并在進(jìn)行簡單編輯并打印，外業(yè)根據(jù)打印圖紙和測圖數(shù)據(jù)，根據(jù)《外業(yè)規(guī)范》進(jìn)行外業(yè)修測、補(bǔ)測、調(diào)繪，采用電子清繪與編輯一體化作業(yè)，經(jīng)100%兩級檢查后提交成果

調(diào)繪的基本內(nèi)容包括:①對內(nèi)業(yè)采集的所有要素進(jìn)行定性;②補(bǔ)測、補(bǔ)調(diào)隱蔽、新增和采集遺漏的地物;③進(jìn)行屋檐改正及重要地物的精度檢核等工作;④糾正內(nèi)業(yè)采集錯誤的地物;⑤實地注意調(diào)注地理名稱、實體屬性內(nèi)容等，做到地理景觀不失真，各地理要素關(guān)系協(xié)調(diào)、合理;⑥平面和高程的精度檢測。

清繪編輯的基本內(nèi)容包括:①將調(diào)繪的各類屬性上圖;②導(dǎo)入全野外采集的新增、遺漏、補(bǔ)測的地物;③進(jìn)行房檐改正以及新增的距離交會地物;④修改外業(yè)發(fā)現(xiàn)的采集錯誤并將地理名稱上圖;⑤按照圖式處理編輯各類圖形關(guān)系并配置符號;⑥整飾圖幅并接邊。

2.5 成圖精度評估

根據(jù)規(guī)范要求，丘陵地區(qū)1：1000地形圖明顯地物點對最近野外控制點的平面點位中誤差不得大于圖上0.6 mm(實地0.6m)，最大平面誤差為2倍平面中誤差。高程注記點對最近野外控制點的高程中誤差不得大于0.5m，等高線對最近野外控制點的高程中誤差不得大于0.7m，最大高程誤差為2倍高程中誤差。

抽樣對一幅樣本圖幅進(jìn)行了精度檢測，按照像控點精度采集了69個平面檢查點和44個高程檢查點進(jìn)行成圖精度檢測，完全滿足規(guī)范要求。成圖精度情況見表6。

表6 成圖精度檢測 m

3 結(jié)論

利用固定翼輕型低空無人飛機(jī)航攝測繪1：1000地形圖在丘陵或者山地完全能夠滿足規(guī)范的精度要求，其平面精度優(yōu)于高程精度，根據(jù)常規(guī)航測的經(jīng)驗，在平坦地區(qū)是否滿足高程精度還需要更多的試驗進(jìn)行驗證。

本項目從航飛開始到上交成果只用了10天時間，是全野外測圖效率的10倍以上，這對快速獲取中小面積規(guī)劃用途或者應(yīng)急用圖具有十分明顯的優(yōu)勢。

［1］GB/T 7931—2008 1：500 1：1000 1：2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范［S］

［2］GB/T 7930—2008 1：500 1：1000 1：2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范［S］

［3］GB/T 23236—2009 數(shù)字航空攝影測量 空中三角測量規(guī)范［S］

［4］CH/T 1009—2010 全球定位實時動態(tài)(RTK)測量技術(shù)規(guī)范［S］

［5］GB/T 20257.1—2007 國家基本比例尺地圖圖式第1部分1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式［S］

［6］張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測量［M］.武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社，1996