廖亞

摘要：無(wú)人機(jī)航拍拍攝平臺(tái)通過(guò)影像傳感器來(lái)拍攝高空飛行過(guò)程中的航空遙感影像，再通過(guò)圖像處理技術(shù)對(duì)航拍得到的遙感影像進(jìn)行處理。本文通過(guò)描述無(wú)人機(jī)高空航拍的攝影技術(shù)特點(diǎn)，來(lái)分析無(wú)人機(jī)高空航拍技術(shù)在繪制大尺度地形圖時(shí)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：航空攝影；無(wú)人機(jī)；地形圖測(cè)繪

1、無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的技術(shù)

無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，解決了影響小面積低空攝影測(cè)量的關(guān)鍵問(wèn)題，它能夠運(yùn)用最新的技術(shù)在最短的時(shí)間內(nèi)獲得最全面、最真實(shí)、最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，這將為建設(shè)與生產(chǎn)提供全面的參考。而且無(wú)人機(jī)成本低、機(jī)動(dòng)靈活，這使它能夠更加自如地拍攝不同的內(nèi)容，這能夠降低建設(shè)成本。那么我們?cè)诮ㄔO(shè)中對(duì)無(wú)人機(jī)的利用主要有四個(gè)方面：野外像控點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量、取得測(cè)區(qū)影像數(shù)據(jù)、內(nèi)業(yè)空三加密、數(shù)字測(cè)圖四個(gè)重要步驟。其中內(nèi)業(yè)空三加密是關(guān)鍵，它輸出的內(nèi)容主要是加密后影像、記錄影像大地的坐標(biāo)和3個(gè)角元素文件、DEM 數(shù)據(jù)、各種坐標(biāo)文件等，也就是，無(wú)論是什么影像，只要經(jīng)過(guò)空三加密，就能夠直接進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖。而且通過(guò)現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)和案例分析可知，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量地物點(diǎn)平面位置間距的中誤差滿足T D/T 10 01-20 12《地籍調(diào)查規(guī)程》的相應(yīng)規(guī)范。

2、航空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)地形的測(cè)量

2.1 航空攝像測(cè)量控制的測(cè)量像片

一般情況下，可以利用航空拍攝測(cè)量技術(shù)測(cè)量一些地區(qū)的地形情況。像片控制測(cè)量是其中最重要的技術(shù)之一，利用像片控制技術(shù)可以將拍攝到的一些影像資料與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)信息相互結(jié)合使用，利用結(jié)合數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)換算航空拍攝資料與地面測(cè)量數(shù)據(jù)的關(guān)系，通過(guò)計(jì)算可以得到某地區(qū)地形的真實(shí)可用特征，再一些復(fù)雜的特殊場(chǎng)合，可以將獲取到的情況進(jìn)行相應(yīng)的記錄。在進(jìn)行航空攝像測(cè)量時(shí)應(yīng)注意合理運(yùn)用像片控制點(diǎn)，這些控制點(diǎn)可以用于形成特殊的分布和設(shè)置情況，得到分布和設(shè)置情況以后，通過(guò)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)需要測(cè)量的像控點(diǎn)控制區(qū)域的地形進(jìn)行更為精準(zhǔn)、全面的測(cè)量。定位操作是進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量過(guò)程中需要注意的地方，特別是測(cè)量某些外業(yè)控制點(diǎn)的時(shí)候。對(duì)于常見的情況，像控點(diǎn)之外的控制點(diǎn)一般設(shè)置在道路拐角或者斑馬線等比較明顯的位置，因?yàn)檫@些點(diǎn)對(duì)定位的作用很大，所以需要設(shè)置在明顯的位置，且對(duì)應(yīng)的背景參照物應(yīng)該與點(diǎn)的特征差別很大，這樣在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候就可以得到較好的效果。實(shí)際操作過(guò)程中，一定要繪制各個(gè)控制點(diǎn)支架你的標(biāo)記，通過(guò)各個(gè)控制點(diǎn)之間的關(guān)系構(gòu)建繪制整體特征點(diǎn)的位置關(guān)系，對(duì)后續(xù)的測(cè)量工作提供了較為便利的幫助。

2.2 航空攝像測(cè)量中的空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量是常見的測(cè)量距離的方法，在航空攝像測(cè)量過(guò)程中，使用航空數(shù)碼攝像器材進(jìn)行空中三角測(cè)量可以精確的測(cè)量出地形的具體位置。通過(guò)實(shí)現(xiàn)編寫好相應(yīng)的程序，在實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成設(shè)置并計(jì)算出相應(yīng)地形的位置，而不需要人工對(duì)其具體的航空數(shù)碼攝像器進(jìn)行內(nèi)定向設(shè)置。編寫空中三角測(cè)量程序的時(shí)候，首先，通過(guò)人工選擇連接點(diǎn)來(lái)保存一定的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)編寫程序?qū)崿F(xiàn)空中三角的測(cè)量，從而使相對(duì)定向順利的完成。然后，分別對(duì)測(cè)量模型和測(cè)量航帶進(jìn)行連接的工作，再利用空中三角測(cè)量進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算得到的連接點(diǎn)和像控點(diǎn)作為調(diào)試信息，按照一定的地形航空攝像測(cè)量比例尺繪制出相應(yīng)的準(zhǔn)確地形圖。

2.3 航空攝像測(cè)量時(shí)，立體采編的測(cè)量

通過(guò)上述的空中三角測(cè)量得到的測(cè)量地形圖后，接下來(lái)通過(guò)測(cè)繪時(shí)的業(yè)內(nèi)立體信息對(duì)地形情況進(jìn)行統(tǒng)一的采編。無(wú)人機(jī)拍攝測(cè)量地形過(guò)程中，需要通過(guò)確保采集到的物體線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和各個(gè)線狀地形結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)精度，只有確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性才能提升業(yè)內(nèi)立體采集信息的準(zhǔn)確度。一般情況下，大部分繪制都采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制，但是在水涯線和等高線由于比較重要一般使用手繪的方法進(jìn)行采集。地形采集測(cè)繪完成之后再進(jìn)行更為細(xì)致的房屋結(jié)構(gòu)信息測(cè)量，在房屋結(jié)構(gòu)信息測(cè)量過(guò)程中，首先需要對(duì)房屋房檐邊緣部分進(jìn)行處理，該結(jié)果只是精度較低的中間結(jié)果，需要通過(guò)外業(yè)測(cè)量對(duì)房檐計(jì)算的中間結(jié)果進(jìn)行校正，得到更為精確的結(jié)果。測(cè)量不到的區(qū)域需要做好標(biāo)記方便以后進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)標(biāo)定好的測(cè)量不到的區(qū)域位置能夠一定程度上保證地形測(cè)量的完整性。

2.4 外業(yè)補(bǔ)測(cè)的操作

上節(jié)中介紹的部分均是通過(guò)航空攝像進(jìn)行地圖測(cè)量，這種航空測(cè)量會(huì)存在一些測(cè)量不到的地形結(jié)構(gòu)和相對(duì)隱蔽的位置，這些位置在航空攝像測(cè)量中以及標(biāo)記好，這些測(cè)量不到的位置通常需要測(cè)量人員通過(guò)標(biāo)記地圖進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測(cè)的相關(guān)工作。在補(bǔ)測(cè)過(guò)程中，測(cè)量人員還可以根據(jù)實(shí)地測(cè)量到的一些數(shù)據(jù)與測(cè)量繪圖結(jié)果進(jìn)行比較，這些比較是有用的，通過(guò)這些比較可以檢測(cè)出航空拍攝測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而對(duì)比較結(jié)果出現(xiàn)較大偏差的區(qū)域進(jìn)行改正。對(duì)隱蔽或者測(cè)量困難的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量，然后進(jìn)行結(jié)果的對(duì)比找出測(cè)量的錯(cuò)誤區(qū)域并改正，可以保證整個(gè)區(qū)域的測(cè)量結(jié)果的精確性。

3、無(wú)人機(jī)應(yīng)用于地形測(cè)量的可行性

無(wú)人機(jī)由于操作的便捷性，而且不需要認(rèn)為因素的加入，且航空攝影測(cè)量已經(jīng)能夠廣泛用于大多數(shù)地形測(cè)量中去，所以將無(wú)人機(jī)應(yīng)用到地形測(cè)量中可以發(fā)揮出較多的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)的遙感系統(tǒng)，應(yīng)用到地形測(cè)量有以下4個(gè)優(yōu)勢(shì)：

3.1 安全的可靠性

傳統(tǒng)的利用航拍進(jìn)行攝像測(cè)量過(guò)程中，飛機(jī)駕駛員和地質(zhì)科研人員都需要在飛機(jī)上進(jìn)行儀器操作，空中發(fā)生事故的情況時(shí)有發(fā)生，會(huì)造成地質(zhì)科研人員不必要的傷亡。近年來(lái)隨著利用遙感系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)人機(jī)駕駛飛行的多項(xiàng)研究，使用無(wú)人機(jī)已經(jīng)能夠很好的在空中通過(guò)遙感進(jìn)行控制，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像攝影技術(shù)的發(fā)展，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行地形測(cè)量活動(dòng)能夠很好的進(jìn)行。無(wú)人機(jī)不需要地質(zhì)科研人員與駕駛員在飛機(jī)上工作，使得地形繪制工作更為安全可靠。

3.2 機(jī)動(dòng)的靈活性

無(wú)人機(jī)與普通航拍飛機(jī)相比，體型更小，升空時(shí)間更短，不需要專用的升降氣跑場(chǎng)地就可以升空正常運(yùn)行，在機(jī)動(dòng)性和靈活性更好，再加上較低的運(yùn)營(yíng)成本以及遙感操作系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其操作和運(yùn)營(yíng)成本更低，利用率也隨著技術(shù)的研發(fā)得到了較高的提升。一般情況下，可以為無(wú)人機(jī)事先制定好一定的飛行線路，無(wú)人機(jī)可以按照既定的線路自動(dòng)飛行，飛行過(guò)程中由于事先制定好了路線，所以穩(wěn)定性非常好，能夠進(jìn)行高強(qiáng)度的航拍作業(yè)，對(duì)提高航拍精度也有不錯(cuò)的促進(jìn)作用。在飛行用油上，由于無(wú)人機(jī)不需要載人，所以相同的耗油量，無(wú)人機(jī)比普通航拍飛機(jī)飛行更遠(yuǎn)距離，飛行更久時(shí)間，從另一個(gè)角度降低了空中航拍的耗油量。一般情況下，一架普通航拍飛機(jī)的載油量在5 千克左右，能夠保證飛機(jī)在1600米海拔高度飛行16小時(shí)左右，然而無(wú)人機(jī)可以將飛行高度控制在500～1000米左右，飛行的時(shí)間將比普通航拍飛機(jī)更持久，而且在高度控制上，無(wú)人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)精度為十米的控制，所以無(wú)人機(jī)可以一次設(shè)定一百多個(gè)地形測(cè)量的航點(diǎn)，并進(jìn)行不間斷的航拍與地形測(cè)量。另外，由于無(wú)人機(jī)與地面機(jī)進(jìn)行了實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)連接，所以能夠瞬時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)回地面處理，而普通航拍飛機(jī)需要降落后讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，無(wú)人機(jī)能夠提高數(shù)據(jù)處理的靈活性。

3.3 數(shù)據(jù)處理費(fèi)用較低

無(wú)人機(jī)的控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，且由于不需要載人，安全系數(shù)可以稍微降低，所以在制造無(wú)人機(jī)過(guò)程中，造價(jià)與是普通航拍巡邏直升機(jī)的5倍左右。另外，無(wú)人機(jī)駕駛員只需要在地面進(jìn)行遙感系統(tǒng)的操作，其上崗執(zhí)照也很容易獲得，縮短了“駕駛員”的上崗時(shí)間。無(wú)人機(jī)的機(jī)身材料一般采用高強(qiáng)度的輕質(zhì)量碳纖維復(fù)合材料，在外殼保養(yǎng)上的也較之普通航拍巡邏直升機(jī)更為簡(jiǎn)單、便捷。另外，由于無(wú)人機(jī)的技術(shù)較新，在搭載影像處理設(shè)備上的兼容性也更好，數(shù)據(jù)處理的硬件配置也比普通巡邏直升機(jī)要求更低，使得數(shù)據(jù)處理費(fèi)用更低。

3.4 運(yùn)用高分辨率多角度的影像進(jìn)行測(cè)量

無(wú)人機(jī)內(nèi)自動(dòng)搭載了高精度數(shù)碼成像設(shè)備，可以對(duì)傾斜、垂直和水平等各個(gè)方向進(jìn)行攝影成像。另外，無(wú)人機(jī)在低空飛行過(guò)程中，也可以對(duì)建筑物進(jìn)行多個(gè)角度和尺度進(jìn)行拍攝，從而得到建筑物表面更為精確的高分辨率紋理圖像。傳統(tǒng)的單一角度拍攝很難解決建筑物遮擋部分的拍攝，而無(wú)人機(jī)的多角度拍攝可以很好的解決建筑物遮擋問(wèn)題。在遙感和衛(wèi)星技術(shù)方面也是不可比擬的。

4、結(jié)論

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行多個(gè)角度的航空拍攝結(jié)果，可以完成大比例尺的地形測(cè)繪工作。結(jié)合空中三角測(cè)量技術(shù)，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)不但能夠快速、精準(zhǔn)的完成地形測(cè)繪工作，而且與傳統(tǒng)的航拍巡邏直升機(jī)相比，數(shù)據(jù)處理成本更低，靈活性好、安全性高，有效的降低了測(cè)繪的成本。但是值得注意的地方是，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)也不是萬(wàn)能的，不可能運(yùn)用到所有的大比例尺的地形測(cè)繪中去。

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