張 旭

(黑龍江省第一地質(zhì)工程勘察院,黑龍江 牡丹江 157011)

影響無人機航測成圖精度的因素及應(yīng)用

張 旭

(黑龍江省第一地質(zhì)工程勘察院,黑龍江 牡丹江 157011)

隨著測繪領(lǐng)域的不斷發(fā)展，新的科學(xué)技術(shù)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)，給整個測繪工作帶來巨大的變革。無人機航測技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，并應(yīng)用到很多領(lǐng)域。無人機測繪具有方便靈活、高效便捷、精度高、作業(yè)準確、消耗成本低、適應(yīng)范圍廣泛、測繪周期短等特點。在無人機航測過程中也會受到外界多方面因素的干擾，影響無人機航測的準確性和科學(xué)性。

無人機航測成圖；測量精度；實際應(yīng)用

1 無人機航測成圖的興起

無人機航測系統(tǒng)從上世紀末就引進到中國。該技術(shù)與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比，有著優(yōu)越的特性。經(jīng)過十多年的飛速發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)成熟，并走出實驗室，各大測繪廠商瞄準其前景，投入巨資參與研發(fā)并進入了批量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用階段。

2 無人機航測的組成部分

與傳統(tǒng)航測飛機相比，以勁鷹1型汽油航測航拍無人機為例，它具有成本低廉及飛控人員安全、飛行費用低、機動靈活、功能多樣化、任務(wù)展開速度便捷及超視距自動駕駛等優(yōu)勢，所以，用勁鷹1型汽油航測航拍無人機作為載體發(fā)展航測解決方案有非常強的實用價值。勁鷹1型汽油航測航拍無人機航測解決方案主要為飛行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈、地面控制及數(shù)據(jù)處理四個部分。

2.1 飛行系統(tǒng)

飛行系統(tǒng)主要是載機、動力、控制系統(tǒng)、能源供給以及拍照系統(tǒng)。載機部分：選擇固定翼飛機作為載機，它具備高穩(wěn)定、高抗風、場地適應(yīng)性強等優(yōu)勢；動力部分：通過航模動力為油動以及電動，油動載重大，長航時、長航程，續(xù)航能力強，因此，選擇油動作為載機動力源；控制系統(tǒng)部分：控制系統(tǒng)包括手動遙控以及自動駕駛。手動遙控主要負責人為干預(yù)起飛以及降落環(huán)節(jié)，避免了自動起飛以及降落帶來未知的影響，在航測場地的選擇上極其靈活，使用效率高于自起降無人機。自動駕駛系統(tǒng)主要負責從起降場地到測區(qū)之間以及測區(qū)內(nèi)按預(yù)設(shè)航點飛行的控制。自動控制系統(tǒng)包括空速計和GPS等輔助傳感器。

2.2 數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)鏈包括載機部分以及地面站部分，用途是將飛行姿態(tài)傳送回地面站，將地面站預(yù)設(shè)航點任務(wù)和調(diào)試數(shù)據(jù)傳給載機飛控系統(tǒng)。

2.3 地面控制

控制系統(tǒng)采用和飛機自動控制系統(tǒng)配套的軟件，負責測區(qū)任務(wù)設(shè)置、飛控參數(shù)的調(diào)試參數(shù)準備。

2.4 數(shù)據(jù)處理

飛行數(shù)據(jù)的格式用軟件自由轉(zhuǎn)換，適應(yīng)不同的處理方案，可根據(jù)精度不同和產(chǎn)品的差異選擇軟件及處理方案。根據(jù)客戶對測繪產(chǎn)品的需求選擇處理方案，在控制成本方面有較大的優(yōu)勢。

3 影響無人機航測成圖精度的因素

3.1 像控點設(shè)置是否合理

在利用無人機進行航測過程中，像控點的設(shè)置是否科學(xué)合理，對后期航測成像質(zhì)量的高低有直接的影響，因此，在無人機航測之前一定要科學(xué)保證像控點設(shè)置的科學(xué)性和合理性。一般情況下，每次航測都要設(shè)置5個以上的像控點，對于地形復(fù)雜，變化較大的地區(qū)以及植被茂盛，容易被覆蓋的地區(qū)要增加像控點，如果不能做到上述要求，無人機航測過程中很可能會出現(xiàn)飛行覆蓋不全面，翹曲現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致航測數(shù)據(jù)不精確，影響到航測的質(zhì)量。

3.2 航測圖像質(zhì)量因素

在利用無人機航測過程中，影響無人機航測圖像質(zhì)量的因素有天氣因素和機器本身因素的影響，天氣因素主要是在無人機航測過程中遇到風雨、大霧、霧霾等天氣。當外界風速達到一定程度后，會影響無人機的正常飛行。一般瞬時風速超過5級之上就應(yīng)該考慮停止航測。大風造成無人機不能平穩(wěn)飛行，導(dǎo)致所拍攝的照片扭曲度變大，使圖像變得模糊，無法在有限的時間內(nèi)完成航測任務(wù)。機器本身因素主要是相機像素和曝光時間不理想。像素主要取決于機器本身，通常無法更改，而曝光條件受到當天光照的影響，當光線條件不好時，應(yīng)盡量增加曝光時間。

3.3 重疊率

重疊率是提高圖像連接點的重要保障，但是，為了最大程度的節(jié)省飛行時間和擴大航測區(qū)域，技術(shù)人員都會調(diào)低相應(yīng)的重疊率。重疊率變低后每個地區(qū)物點會有少量航片出現(xiàn)，技術(shù)人員在提取相應(yīng)連接點時選擇性會變少，相片的連接點變少，勢必會影響飛機照片的清晰度，導(dǎo)致連接粗糙，使連接點平差結(jié)構(gòu)變?nèi)酢?/p>

3.4 飛行高度因素

無人機航測高度主要影響航片中每一個像素點的大小，無人機飛行高度的變化會影響到航片相幅的大小，通常情況下，無人機距離地面高度低，每個像素的實際數(shù)值也就會越小，航片的精確度會越高。同時，針對地形變化較大的地面，選擇適合飛行的高度對提高無人機航測的精確度也有很大的影響。

4 無人機航測在生活中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機航測技術(shù)趨于成熟，先進的測繪無人機在各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，在新農(nóng)村建設(shè)和土地資源動態(tài)監(jiān)管以及執(zhí)法、國家土地整理規(guī)劃、農(nóng)村土地征地拆遷等方面的應(yīng)用越來越成熟。

4.1 在水利工程和道路工程建設(shè)前期規(guī)劃中的應(yīng)用

無人機航測能夠為水利工程和道路工程前期建設(shè)提供高清的影像資料，數(shù)據(jù)準確率較高，能基本滿足水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和道路工程科學(xué)研究以及初步階段的圖像要求。此外，利用無人機航測技術(shù)還能開展生態(tài)監(jiān)測工作。按照國家生態(tài)建設(shè)的相關(guān)規(guī)劃和要求，各地區(qū)和各部門都需要通過快速手段對各地區(qū)的信息進行全面而動態(tài)的監(jiān)測。無人機航測技術(shù)為上述工作的實現(xiàn)奠定了堅實基礎(chǔ)。作業(yè)前需要設(shè)置像控點，一般采用網(wǎng)狀分布設(shè)置，在航測范圍內(nèi)選擇合適的地點作為像控點，對于水利和公路建設(shè)，一般沿著河道和公路兩旁地面較平坦的地區(qū)設(shè)置。在地勢多變地區(qū)要多設(shè)置幾個像控點。航線網(wǎng)布點要確保航線收尾端上下的控制點設(shè)置在主點且垂直于方向線的直線上，確保上下點在同一個立體位置內(nèi)。根據(jù)設(shè)計的航線使用無人機進行攝影，確保各個區(qū)域之間有效重疊，選擇在晴朗、無風、透明度高的時間段進行。在相應(yīng)的平臺上進行數(shù)據(jù)采集，再經(jīng)過相應(yīng)轉(zhuǎn)換直接生成DWG數(shù)據(jù)。

4.2 在農(nóng)村土地調(diào)查工作中的應(yīng)用

采用無人機遙感監(jiān)測技術(shù)，對農(nóng)村地區(qū)的土地分布，違法占地行為進行監(jiān)測和依法查處，采用先進的科學(xué)技術(shù)手段對農(nóng)村土地資源進行動態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)違法行為，及時采取措施。無人機航測接受土地調(diào)查指令后，基于相應(yīng)的公眾服務(wù)平臺開展航測規(guī)劃，結(jié)合DEM對航線進行精細化設(shè)計，選擇和設(shè)計方案符合的無人機飛行平臺開展航空攝影，獲取相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)材料。獲取影像材料之后，技術(shù)人員對影像材料現(xiàn)場檢查，檢查內(nèi)容包含拍攝覆蓋完整性檢查，重疊度檢查，影像像素檢查，精確度檢查。對影像數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場處理，形成攝區(qū)DEM、鑲嵌影像圖像，結(jié)合相控測量技術(shù)形成攝區(qū)正射影像圖等。結(jié)合電子版數(shù)據(jù)對農(nóng)村土地進行全面調(diào)查，數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)場繪制整理之后形成紙質(zhì)底圖，供現(xiàn)場調(diào)查使用。

5 結(jié)語

采用無人機航測技術(shù)之后，測繪手段得到了極大的改善，測繪效率更加豐富多樣。相信未來的測繪工具會發(fā)展得越來越好。

[1] 溫玉維.輕型無人機低空攝影測量在電力工程中的應(yīng)用[J].低碳世界，2017，(18)：77-78.

[2] 于影，吳年新.淺析無人機在小面積測繪中的應(yīng)用[J].江西測繪，2017，(02)：50-51.

[3] 曾文波,曾惠良.無人機在邵陽市房產(chǎn)測繪中的應(yīng)用[J].測繪，2014，(01)：82-83.

[4] 王軍鋒，喬明，魏育成，等.無人機機載SAR在地理國情監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2016，(05)：47-49.

The factors affecting the accuracy of unmanned aerial vehicle mapping and its application

ZHANG Xu

(Heilongjiang First Geological Engineering Survey Institute, Mudanjiang 157011, China)

With the continuous development of the field of surveying and mapping, the new science and technology has gradually replaced traditional technology, which has brought great changes to mapping work. UAV aerial testing technology has characteristics of convenience and flexibility, efficiency and convenience, high precision, accurate operation, low cost of consumption, wide applicable range and short mapping period. There will also be subject to external factors of interference, which will affect the accuracy and scientificity of UAV mapping.

Unmanned aerial vehicle aerial surveying; Measurement accuracy; Practical application

2017-04-15

張旭(1994-)，男，助理工程師。

V279

A

1674-8646(2017)12-0144-02