李慶勇

貴州省西能煤炭勘查開發(fā)有限公司

低空無人機技術在大比例尺測圖中的應用

李慶勇

貴州省西能煤炭勘查開發(fā)有限公司

低空無人機由于自重小、機動性強、操作維護便捷等優(yōu)點在獲取大比例尺地圖測繪數(shù)據(jù)中具有重要的應用前景。本文將以測圖鷹X-100為例，就其在大比例尺地形圖測繪中的應用展開探討，并從數(shù)據(jù)采集、空三加密、正射影像圖輸出、數(shù)字線劃圖以及三維圖生成等方面進行研究，以有效解決低空無人機數(shù)據(jù)處理的關鍵技術。

無人機；低空攝影測量；空三加密；大比例尺地形圖；應用研究

測繪業(yè)是推進城市智能化管理，更好的服務城市建設、規(guī)劃、社會及公眾服務的重要基礎工作。傳統(tǒng)航空攝影技術因手續(xù)繁復、對天氣及飛行條件依賴性較大，無法滿足大比例尺、高精度影像數(shù)據(jù)作業(yè)需要。無人機技術的成熟及發(fā)展，特別是在避免空域申請、操作便捷、機動靈活上可以通過低空飛行來獲取高分辨率攝影數(shù)據(jù)，對于構建小范圍大比例尺地圖數(shù)據(jù)來說具有重要的應用前景[1]。需要強調的是，針對無人機技術的應用，由于無人機自重小，飛行高度較低，對于外界的干擾更容易影響其穩(wěn)定性，特別在數(shù)碼相機的裝配上，由于焦距較小、在后期影像拼接、空三加密等方面還存在較多難度。

一、無人機系統(tǒng)組成及軟件處理技術

無人機在低空飛行中能夠獲取高精度的測繪數(shù)據(jù)，在城市規(guī)劃、國土資源遙感監(jiān)測、應急救災、重大項目建設中發(fā)揮了重要作用[2]。本例采用的測圖鷹X-100系統(tǒng)，其組成主要有飛行器，影像處理軟件和數(shù)字測圖系統(tǒng)三部分。對于測圖鷹X-100飛行器來說，其正常飛行高度低于600m，飛行速度80-90km/h，續(xù)航時間40min。搭載的數(shù)碼相機焦距6.2mm，像素為0.00208mm。整機自重2kg，翼展100cm，以彈射架起飛、硬著陸降落，對起降場地要求較低。整個系統(tǒng)因采用較高測繪新技術，能夠滿足快速有效的對危險區(qū)域、難以到達的區(qū)域進行小范圍的高精度測繪，具有較高的性價比優(yōu)勢。在影像處理軟件上，測圖鷹X-100采用航測全自動空三影像處理系統(tǒng)Cloud-AT ver1.0，能夠滿足對現(xiàn)有航攝相機、數(shù)碼影像數(shù)據(jù)的全面兼容，特別是適用于低空機航攝，無人機航攝所獲取的豎直影像數(shù)據(jù)處理，特別是在多視影像匹配上，能夠結合空中三角測量網自動構建，再利用高分辨率影像來完成高精度航測定位要求。其特點主要表現(xiàn)在：一是該軟件能夠完成自動空三角測量功能，對于來自無人機的影像數(shù)據(jù)，可以通過GPS、無GPS下的空三解算要求；二是在數(shù)據(jù)存儲上能夠完成最多100個定向點的影像數(shù)據(jù)，并自動完成處理；三是以自動DEM功能完成自動匹配；四是對于系統(tǒng)配置要求較低，普通電腦即可完成對空三計算；五是其數(shù)據(jù)在經過自動處理后可以直接生產立體測圖；六是具有相機校驗功能，應用成本較低。在數(shù)字測圖系統(tǒng)中，基于Microsta?tion J平臺的SSK采集軟件，不僅節(jié)省人力，還能夠提升地圖測繪精度。本系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)庫，可以方便的完成對輸出接口的選擇，利用通用CAD軟件來進行操作和輸出，比手輪腳盤方式測繪更有效。

二、無人機低空作業(yè)在大比例尺測圖中的作業(yè)流程及關鍵技術分析

利用無人機開展低空測繪，其工作內容主要有對測區(qū)進行影像數(shù)據(jù)采集、設置野外影像控制點、空三加密、以及數(shù)字測圖等步驟[3]。細化來看，其關鍵技術主要有：一是針對非量測數(shù)碼相機在應用中，需要對影像畸變進行糾正處理。二是對地面控制點的布控，針對無人機低空飛行中的數(shù)據(jù)采集精度問題，需要對地面進行控制點布控，特別是增加控制點數(shù)量來提升成圖精度。結合無人機航測區(qū)域進行動態(tài)加密，優(yōu)化飛行航帶，確保航向重疊80%，旁向重疊60%。對于像控點進行布設時，要確保測區(qū)的均衡性，一般設在航向三片重疊和旁向重疊中線上，對于誤差較大的像控點要進行剔除[4]。三是在影像鑲嵌上進行正射修正。針對低空無人機所采用的非測相機，其影像成像以中心為投影，對于邊緣影像誤差較大，因此需要通過影像鑲嵌來修正，以滿足大比例尺成圖要求。在鑲嵌線修正過程中，盡量以線性特征接邊線如河流、道路為界；盡量避免直接橫穿大型建筑；盡量避免橫穿大面積沙漠、水區(qū)；盡量遠離影像邊緣。在鑲嵌線修正后，要對整個測區(qū)進行拼合，由于色差或亮度差異性，要對鑲嵌線周邊進行勻光勻色處理，使其過渡自然。四是在數(shù)據(jù)處理上能夠滿足海量影像的重疊處理。由于高分辨率下的航空攝影數(shù)據(jù)量較大，在影像自動空三處理時需要進行整體平差處理，以保障鑲嵌線協(xié)調統(tǒng)一。在軟件選擇上要考慮到大容量高性能軟件進行編輯處理。

三、測圖鷹X-100應用實例分析

本例采用測圖鷹X-100，以300m低空飛行，測區(qū)面積為3.5km2，地面風力0.1m，預設像控點88個，檢查的140個。由于本系統(tǒng)軟件采用空三加密，能夠滿足X軸絕對定向精度0.1700、Y軸0.2541、Z軸0.3993，相對定向精度X軸0.3156、Y軸0.3112、Z軸0.4675數(shù)據(jù)加密要求，直接導入SSK軟件進行立體測圖，并與檢查點獲取數(shù)據(jù)進行對比。在DOM數(shù)據(jù)輸出上，Cloud-AT1.0軟件采用空三加密DEM數(shù)據(jù)，以批量輸出正射影像圖，并通過ERDAS軟件對其進行DOM拼接，獲得較為完整的正射影像圖。在DLG數(shù)據(jù)生成上，對于上述數(shù)據(jù)進行導入SSK軟件，通過對整個測區(qū)的拼接，以最終生成數(shù)字線劃圖。在三維立體圖的生成上，以DLG數(shù)字線化圖為基礎，結合DEM數(shù)據(jù)來最終完成三維圖。

四、結語

在本例無人機低空測繪小范圍大比例尺地圖實施中，對于影像數(shù)據(jù)的采集、空三加密，以及正射圖像的輸出、數(shù)字線劃圖的生成，最終三維立體圖的構建等方面，測圖鷹X-100所建立的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，其最大點位誤差為0.5m，且整機體積小，操作簡便靈活，對于小范圍高精度測繪工作具有較好的應用優(yōu)勢。

[1]魯恒,李永樹,何敬,任志明.無人機低空遙感影像數(shù)據(jù)的獲取與處理[J].測繪工程.2011(01).

[2]李永樹.基于無人機技術的地形圖測繪研究[J].測繪.2011 (04).

[3]叢金山,宋平,甄樹敏.低空攝影大比例尺成圖測量采礦區(qū)面積[J].林業(yè)實用技術.2012(07).

[4]王湘文,于啟升,王雅鵬.無人機低空攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形圖中的應用[J].地礦測繪.2013(01).