摘 要：文章通過對云南高原山區(qū)風電場地形圖測繪實例，總結了利用無人機低空攝影測量制作1/2000比例尺地形圖的作業(yè)流程，探討了影響無人機低空攝影測量精度的因素和解決方法。

關鍵詞：無人機低空攝影測量；高原山區(qū)；風電場；地形圖測量；應用

引言

云南風電場工程大多位于高山峻嶺之上，山高坡陡、地形復雜多變，平均海拔均在2000米以上，地形高差變化最大達1000米。采用全野外測圖不僅勞動強度大、效率低，而且測量精度也難以顯著提高。隨著無人機低空攝影測量技術的發(fā)展和應用，使用該技術完成云南高原山區(qū)風電場地形圖測量工作是必然選擇。

與傳統(tǒng)的航空攝影測量比較，無人機低空攝影測量具有以下幾個特點：（1）低空飛行，空域申請便利；（2）云下飛行，降低了對天氣條件的要求；（3）平臺構建、維護以及作業(yè)成本低；（4）飛行高度低，能獲取大比例尺精度影像；（5）影像重疊度高，增強了后續(xù)處理的可靠性。

無人機低空攝影測量系統(tǒng)主要由固定翼無人機、 CCD數(shù)碼相機、自駕儀、相機穩(wěn)定平臺和地面站等硬件構成。

1 作業(yè)流程

無人機低空攝影測量技術在地形圖測量過程中，主要分為六個步驟：（1）獲取影像；（2）像控與調繪；（3）空三加密；（4）內業(yè)測圖；（5）外業(yè)檢查；（6）數(shù)據(jù)處理與圖幅整飾。

1.1 影像獲取

獲取高質量航攝影像是地形圖測量的前提條件，其基本步驟如圖1所示。

1.1.1 航帶設計

以云南某風電場1：2000地形測量為例，測量面積約70平方千米，采用中測新圖ZC-1固定翼輕型無人機航攝系統(tǒng)，航攝相機為Canon EOS 5D Mark II，像幅大小為5616*3744 pix，相機焦距為35毫米，像元大小6.41？滋m。

（1）本次航飛共布設四個架次，飛行航片約3450張。最高點高程2610米，最低點高程1875米，平均地面高度為2340米，飛行高度3050米，其相對航高為440～1175米。影像地面分辨率（GSD）在0.08米-0.21米之間。

（2）四個架次航向間距約為100米，旁向間距約為80米，一架次共14條航帶，每條航帶約48條基線到80條基線左右；二架次共11條航帶，每條行帶約95條基線左右；三架次共14條航帶，每條航帶約約67條基線到80條基線左右；四架次共6條航帶，每條航帶約70條基線左右。

（3）影像質量：像片傾斜角大部分小于4°，所有相片旋偏角小于7°，航線彎曲度小于3%，同航線高差小于30米，實際與設計航向小于30米。像片位移誤差小于30米。影像清晰，層次豐富，反差適中，色調柔和，有薄薄的云影，無大面積反光，能夠建立清晰的模型。

1.1.2 像控點布設

根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》（CH/Z 3004-2010）要求，航向方向按照10-15條基線，旁向方向按照2-4條基線進行布設。布點能有效控制住成圖范圍，測段接頭處無漏洞。像控點選刺在像片航向及旁向重疊六片（五片）范圍內。本次攝影面積約70平方千米，共布設了111個像控點。

1.1.3 空三加密

無人機低空攝影測量與傳統(tǒng)的攝影測量相比，存在攝影平臺穩(wěn)定性較差，采用的非量測相機像幅小，像片數(shù)量多，鏡頭畸變等不利因素，傳統(tǒng)的攝影測量處理軟件很難處理無人機影像。目前涉及低空攝影測量比較成熟的軟件有武漢大學遙感院研制開發(fā)的DPGrid，超圖股份有限公司研發(fā)的INPHO。在本風電場項目中采用了INPHO進行控三加密，并用MatchAT光束法平差軟件進行空三計算。

量測外控點時，先量測測區(qū)四周6個像控點，進行平差；其它像控點就可以通過預測的功能來找到大概位置，達到快速量測的目的。測區(qū)基本平面和高程控制點亦參與計算，以提升空三加密的整體精度。

本項目共分為三個空三加密區(qū)域：飛行一架次為加密一區(qū)、飛行二架次為加密二區(qū)、飛行三、四架次為加密三區(qū)。其最終空三加密點對附近野外控制點的精度為Mxy=0.179米，Mz=0.739米；滿足于高山地區(qū)1：2000地形圖成圖精度要求。

1.2 內業(yè)成圖

空三加密完成后進行1：2000比例尺地形圖測繪工作，量取地物點平面和高程信息等。

1.3精度檢查

為檢驗無人機低空攝影測量在高原山區(qū)地形圖測量精度情況，我們對該風電場1：2000地形圖進行了外業(yè)檢查。檢查采用RTK實測地形點和地物點的平面和高程，共測量地形點1843個，地物點267個，其平面最大較差為0.34米，高程最大較差為1.73米；平面最小較差0.007米，高程最小較差0.022米；地物點平面中誤差為±0.40米，等高線高程中誤差為±0.61米，滿足于高山地區(qū)地形圖測量精度要求。

2 影響精度因素分析

2.1 天氣因素

采用固定翼無人機進行航空攝影，與傳統(tǒng)的測繪航空攝影相同，在條件許可的情況下，盡可能選擇晴朗、能見度高的天氣進行航空攝影，這樣能夠獲得色彩、地面信息豐富的影像，同時，能見度好的天氣，地面霧霾影響較小，影像曝光時光線的折射、散射現(xiàn)象較少，可以大幅度提高成圖的精度。

2.2 加密因素

固定翼無人機航空攝影獲取的航空影像幅面較小，采用原有的空三軟件進行平差解算，在多個測區(qū)處理過程中，均會發(fā)生不同程度的錯誤，加密測區(qū)的選構尤為重要，目前使用較多的PATB平差軟件，對此類小幅面數(shù)碼影像的剔錯能力遠遠小于23*23幅面，這往往表現(xiàn)在高程方面。

2.3 飛行姿態(tài)

固定翼無人機作為飛行平臺，體積和重量遠小于常規(guī)的大型運輸機，在執(zhí)行航空攝影任務時，容易受氣流變化和風力的影響，由于采用了二維姿態(tài)穩(wěn)定平臺，在小范圍短時間內，受風力和風向的變化影響不大，容易通過姿態(tài)穩(wěn)定平臺的糾正獲得理想的姿態(tài)角度，但是氣流的突變往往造成穩(wěn)定平臺的糾正不及時，曝光獲取的影像姿態(tài)角度較大，往往在突變瞬間曝光的影像還會出現(xiàn)重影，不能滿足成圖的需要，同時，由于姿態(tài)的影響，相片傾角將造成模型高程面進行扭曲，其扭曲的結果為一二次拋物面的扭曲，其大小與模型左右片傾角有關。

3 結束語

（1）通過對該風電場1：2000地形圖測量和精度檢查，說明利用固定翼無人機作為飛行平臺以及利用經(jīng)過可量測化處理后的CCD工業(yè)數(shù)碼相機獲取測區(qū)航空影像，進行云南高原山區(qū)1：2000比例尺地形圖測量是切實可行的，并具有經(jīng)濟、高效等特點。

（2）進行固定翼無人機機載GPS的研究，在此基礎上采用構架航線實現(xiàn)機載GPS獲取每張航片外方位元素的三個線元素，大大減少地面相片控制點的數(shù)量，更進一步提高該系統(tǒng)的作業(yè)效率。

（3）進行CCD芯片數(shù)碼影像在航向上的像移補償研究，采用TDI（時間延遲積分）技術，降低對相機快門速度的要求，獲取較大光通量的同時獲取無航向像移的航空影像，對于提高無人機低空航空攝影高程精度有著積極的意義。

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