唐浩

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局101地質(zhì)大隊(duì) 貴州凱里 556000）

探討測(cè)繪無人機(jī)在大比例尺成圖中的實(shí)踐應(yīng)用

唐浩

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局101地質(zhì)大隊(duì) 貴州凱里 556000）

測(cè)繪無人機(jī)是利用無人機(jī)對(duì)任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行航空遙感攝影，最終得到測(cè)繪影像。根據(jù)目前測(cè)繪無人機(jī)的特點(diǎn)以及大比例尺成圖的要求，研究測(cè)繪無人機(jī)在測(cè)繪過程中的姿態(tài)控制、GPS定位、標(biāo)線確定和影像匹配等具體的內(nèi)容。希望測(cè)繪無人機(jī)可以滿足在大比例尺成圖中的應(yīng)用。

測(cè)繪無人機(jī)；大比例尺；航測(cè)成圖；影像匹配

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，大比例尺地圖在城市規(guī)劃、城市建設(shè)中起到了非常重要的作用，但是利用傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行大比例尺成圖往往會(huì)受到很多限制，測(cè)繪成本也非常大，測(cè)繪得出的大比例尺地圖不能滿足城市快速發(fā)展的需求。利用測(cè)繪無人機(jī)進(jìn)行大比例尺成圖可以使得出的影像更加精確，測(cè)繪無人機(jī)的重量較輕，機(jī)動(dòng)性比較強(qiáng)，可以在低空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)航拍。因?yàn)闇y(cè)繪無人機(jī)上搭載的影像系統(tǒng)并不專業(yè)，導(dǎo)致測(cè)繪影像可能會(huì)存在精度上的差異，所以需要對(duì)測(cè)繪無人機(jī)在大比例尺成圖中的應(yīng)用進(jìn)行分析，有效提高測(cè)繪無人機(jī)在大比例尺成圖中的測(cè)繪效率。

1 應(yīng)用測(cè)繪無人機(jī)進(jìn)行大比例尺成圖的項(xiàng)目背景

某地對(duì)該地區(qū)的水庫區(qū)域進(jìn)行風(fēng)景區(qū)規(guī)劃，需要對(duì)水庫規(guī)劃范圍內(nèi)進(jìn)行大比例尺測(cè)繪成圖，該水庫范圍內(nèi)的測(cè)繪最高點(diǎn)為1500m，最低點(diǎn)為800m，測(cè)區(qū)的東西長(zhǎng)度達(dá)到7km以上，南北長(zhǎng)度為5km，測(cè)繪區(qū)域因?yàn)榻煌ú皇翘貏e便利，所以不能有效的布置測(cè)繪控制點(diǎn)，不能使用常規(guī)方法進(jìn)行大比例尺成圖。利用測(cè)繪無人機(jī)對(duì)景區(qū)范圍進(jìn)行測(cè)繪，可以有效反映出測(cè)區(qū)內(nèi)植被、水系以及各類資源的分布位置，是大比例尺成圖更加精準(zhǔn)。

2 測(cè)繪無人機(jī)繪制大比例尺地形圖的流程

2.1 航空攝影

使用無人機(jī)搭載相機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行拍攝，拍攝完成后對(duì)影像進(jìn)行觀察，如果拍攝完成的影像不能對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行完整的覆蓋，需要對(duì)遺漏區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。因?yàn)闇y(cè)繪的范圍比較小，所以不需要考慮地球曲線變化率的誤差。在已經(jīng)得知測(cè)量范圍的情況下，可以對(duì)測(cè)繪無人機(jī)的航線進(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)劃具體的測(cè)繪分區(qū)，以便提高無人機(jī)的拍攝效率。航線設(shè)計(jì)是測(cè)繪無人機(jī)繪制大比例尺地形圖的關(guān)鍵步驟，航線設(shè)計(jì)要結(jié)合測(cè)繪區(qū)域的地形特點(diǎn)以及無人機(jī)的飛行參數(shù)，然后將各類數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件系統(tǒng)中，對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)、航線數(shù)量、影像拍攝數(shù)量進(jìn)行規(guī)劃，保證航攝后的影像重疊度以及分辨率全部滿足大比例尺成圖要求。

2.2 控制點(diǎn)布設(shè)以及內(nèi)業(yè)測(cè)圖

控制點(diǎn)的布設(shè)需要對(duì)整個(gè)測(cè)控區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，因?yàn)闊o人機(jī)的重量比較輕，飛行過程中受到各類因素的影響，導(dǎo)致測(cè)繪影像的精度不高，對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行有序布設(shè)可以提高無人機(jī)的測(cè)繪精度。在布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)可以利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，根據(jù)地面已知控制點(diǎn)，來設(shè)置無人機(jī)航行地帶，使無人機(jī)的測(cè)繪線路更加精準(zhǔn)。在布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)，在面積較大的無特征區(qū)域要盡量增加控制點(diǎn)數(shù)量，而且保證控制點(diǎn)位置均勻?？刂泣c(diǎn)的位置一般和航線的中線重疊，如果重疊難度比較大，可以直接布設(shè)在航道內(nèi)。

無人機(jī)航攝完成后，內(nèi)業(yè)部門對(duì)測(cè)量影像上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如果發(fā)現(xiàn)航攝影像中存在模糊地物，需要對(duì)模糊地物進(jìn)行標(biāo)記，以便外業(yè)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量。

2.3 大比例尺地形圖的繪制

在得到具體的航測(cè)資料后，外業(yè)部門對(duì)影響中模糊位置進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，補(bǔ)測(cè)完成后對(duì)影像中重要的地物進(jìn)行距離和尺寸的標(biāo)注。外側(cè)部門需要增加影像地物時(shí)，可以利用全站儀配合測(cè)繪草圖對(duì)整個(gè)地形圖進(jìn)行編輯。外業(yè)部門在對(duì)影像草圖進(jìn)行調(diào)整繪制時(shí)，要對(duì)影像中的錯(cuò)誤地物進(jìn)行糾正，并對(duì)遺漏的地物進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)充，并對(duì)航攝的平面精度和高程精度進(jìn)行檢測(cè)。

在大比例尺最終成圖環(huán)節(jié)，將補(bǔ)測(cè)資料、遺漏地物、調(diào)繪補(bǔ)充全部整合到一起，利用軟件對(duì)相關(guān)的圖形進(jìn)行編輯，并對(duì)航攝影像進(jìn)行修整拼接，最終得出完整的大比例尺地形圖，如圖1所示。

圖1 測(cè)繪無人機(jī)繪制大比例尺地形圖的流程圖

3 應(yīng)用測(cè)繪無人機(jī)繪制大比例尺地形圖的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 畸形影像的糾正

因?yàn)闊o人機(jī)在測(cè)繪過程中搭載的影像設(shè)備并非專業(yè)的測(cè)繪設(shè)備，航攝影像因?yàn)殓R頭以及棱鏡關(guān)系會(huì)出現(xiàn)畸形影像的問題，畸形影像會(huì)對(duì)成圖的空三精度造成比較大的影響，必須要對(duì)畸形影像進(jìn)行糾正才能進(jìn)行后期的成圖處理。在航測(cè)之前要設(shè)置地物在影像中的橫縱坐標(biāo)，如果航測(cè)完成后，影像中顯示的地物坐標(biāo)出現(xiàn)了差異則代表影像出現(xiàn)畸形?；斡跋竦募m正需要計(jì)算出畸變大小，也要對(duì)畸變點(diǎn)在影像中的坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置影像為橫向像幅，整個(gè)影像的中心位置為坐標(biāo)計(jì)算的原點(diǎn)，f為航測(cè)相機(jī)的拍攝距離，x0、y0為主要畸變點(diǎn)，K和P分別為影響的徑向和偏心畸變系數(shù)。得出具體的畸變糾正模型：

無人機(jī)測(cè)繪過程中要時(shí)刻注意影像畸變問題，并及時(shí)對(duì)畸變影像進(jìn)行糾正。

3.2 影像數(shù)據(jù)的處理

無人機(jī)測(cè)繪因?yàn)楹綌z的重疊率比較高，所以得到的影像數(shù)據(jù)量也比較大，這種現(xiàn)象使影響數(shù)據(jù)的處理工作量變大。利用自動(dòng)空三軟件可以對(duì)所有的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，可以對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分塊，使影像鑲嵌的過程更加順利。由于航攝影像數(shù)據(jù)的分辨率比較大，所以要降低影響輸出的大小，避免影響后續(xù)的鑲嵌性能，一般情況下航攝不可以輸出4G以上的影像。為了避免航攝影像數(shù)據(jù)出現(xiàn)空洞問題，需要利用大影像處理軟件對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.3 影像鑲嵌技術(shù)

因?yàn)闊o人機(jī)航攝使用的相機(jī)非測(cè)量專業(yè)設(shè)備，所以航攝影像的邊緣位置投影誤差比較大，需要對(duì)所有的航攝影像進(jìn)行鑲嵌處理，從鑲嵌完成的影像中提取大比例尺成圖的相關(guān)數(shù)據(jù)，保證在大比例尺成圖過程中不會(huì)出現(xiàn)接縫拼接誤差。在對(duì)影像進(jìn)行鑲嵌時(shí)，盡量采集地物特征明顯的線路來進(jìn)行鑲嵌接邊，例如道路、河流等等；盡量避免對(duì)大型建筑物的航攝影像進(jìn)行鑲嵌，并不要利用邊緣影像進(jìn)行鑲嵌；在影像鑲嵌過程中，不要對(duì)面積較大并且沒有標(biāo)志性地物的影像進(jìn)行鑲嵌；在鑲嵌過程中盡量沿著道路邊沿進(jìn)行鑲嵌，使鑲嵌完成的影像可以拼接成完整的地形圖。由于無人機(jī)測(cè)繪的過程中，拍攝影響會(huì)受到外界因素的影響，使影像出現(xiàn)色彩和亮度的差異問題，所以在影像鑲嵌完成后，對(duì)影像進(jìn)行整體調(diào)色，并對(duì)鑲嵌接邊位置進(jìn)行羽化，保證影像的整體質(zhì)量。

4 測(cè)繪無人機(jī)在大比例尺成圖中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

利用測(cè)繪無人機(jī)進(jìn)行大比例尺成圖，可以使植被茂密、山體陡峭、交通不便和云層較低的區(qū)域大比例尺成圖更加方便，而且利用無人機(jī)進(jìn)行大比例尺成圖也提高了測(cè)繪部門的應(yīng)急保障能力。利用測(cè)繪無人機(jī)進(jìn)行大比例尺成圖可以提高測(cè)繪結(jié)果的實(shí)時(shí)性和通用性，也為后期相關(guān)三維模型的制作提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前我國測(cè)繪無人機(jī)大多是利用普通相機(jī)進(jìn)行航攝，受到外界因素的影響比較大。可以對(duì)測(cè)繪無人機(jī)的航攝設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高測(cè)繪質(zhì)量，還要加強(qiáng)測(cè)繪無人機(jī)的航攝范圍以及監(jiān)控距離，對(duì)航測(cè)路線進(jìn)行優(yōu)化，保證測(cè)繪無人機(jī)可以在航道內(nèi)實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的航攝，使大比例尺成圖質(zhì)量更高。

5 結(jié)論

通過探討測(cè)繪無人機(jī)在大比例尺成圖中的實(shí)踐應(yīng)用，分析了測(cè)繪無人機(jī)繪制大比例尺地形圖的流程，研究應(yīng)用測(cè)繪無人機(jī)進(jìn)行大比例尺成圖的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)測(cè)繪無人機(jī)在大比例尺成圖中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。希望可以有效提高測(cè)繪無人機(jī)的測(cè)繪質(zhì)量，使測(cè)繪無人機(jī)繪制的大比例尺地形圖更加精準(zhǔn)。

[1]王建雄.無人飛艇低空攝影測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究及大比例尺地形成圖實(shí)踐[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[2]劉玉潔，崔鐵軍，郭繼發(fā)，劉朋飛.無人機(jī)航攝大比例尺測(cè)圖的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，02：37～40+48.

[3]羅先權(quán)，羅甫.無人機(jī)航攝系統(tǒng)在大比例尺成圖中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2013，03：23～25+5.

P231

A

1004-7344（2016）03-0147-02

2016-1-6

唐浩（1987-），男，苗族，貴州天柱人，測(cè)繪助理工程師，大學(xué)本科，從事航空攝影測(cè)量工作。