張義虎

摘 要：無(wú)人機(jī)作為一種新式的飛行設(shè)備，在我國(guó)現(xiàn)代化數(shù)字信息工程建設(shè)中的很多領(lǐng)域上都得到了廣泛的應(yīng)用。它是通過(guò)具有高分辨率的數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀等機(jī)載遙感設(shè)備獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息的，再用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行處理，并嚴(yán)格按照一定的精度要求制作成圖像[1]。文章通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)的航拍測(cè)量技術(shù)的分析，簡(jiǎn)要闡述了無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；攝影測(cè)量技術(shù)；數(shù)字化地形測(cè)量

在小面積、大比例尺數(shù)字化地形測(cè)量技術(shù)服務(wù)中，無(wú)人機(jī)與載人飛機(jī)相比，它不但具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、造價(jià)低、使用方便等優(yōu)勢(shì)，而且無(wú)人機(jī)系統(tǒng)操作也非常簡(jiǎn)單，不受空域管制的影響，能夠快速到達(dá)檢測(cè)區(qū)，進(jìn)行飛行、成像，極大地提高了工作效率。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)的組成

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的軟件、硬件兩部分組成。硬件系統(tǒng)包括無(wú)人機(jī)、機(jī)載系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。其軟件系統(tǒng)主要包括航線設(shè)計(jì)、飛行控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、航空攝影檢查以及數(shù)據(jù)預(yù)處理等五部分，可以說(shuō)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)不但實(shí)現(xiàn)了快速設(shè)計(jì)航線、航攝覆蓋檢查、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，而且還有效地解決了程控平行飛行和程控姿態(tài)穩(wěn)定的難點(diǎn)。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)的飛行平臺(tái)是無(wú)人駕駛飛行器，具有高分辨率的遙感設(shè)備作為記載傳感器，低空高分辨率遙感數(shù)據(jù)作為應(yīng)用目標(biāo)，主要用來(lái)快速獲取及處理地形數(shù)據(jù)[2]。

2 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量測(cè)圖

2.1 航攝測(cè)量測(cè)圖的原理

航攝測(cè)量測(cè)圖的基本原理是通過(guò)采集地面上的地形、地物的三維坐標(biāo)以及描述其性質(zhì)的信息，然后錄入計(jì)算機(jī)，借助計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)進(jìn)行處理、顯示、輸出與傳統(tǒng)地形圖表現(xiàn)勢(shì)性相同的地形圖。航攝測(cè)量單像片測(cè)圖的原理是中心投影的透視變換，立體測(cè)圖的原理是投影過(guò)程中的幾何反轉(zhuǎn)。

2.2 航攝測(cè)量測(cè)圖的方法

航攝有三種測(cè)量測(cè)圖的方法。綜合法：適用于平坦地區(qū)的大比例尺測(cè)圖。其屬于單張像片測(cè)圖，是攝影測(cè)量與平板儀結(jié)合在一起得到的測(cè)圖方法。綜合法能夠用平板儀測(cè)量出地面點(diǎn)高程和等高線，能夠根據(jù)得到糾正之后的航攝影片確定地面店的平面位置。全能法：主要適用于山地，其將立體像通過(guò)放置在立體測(cè)圖儀內(nèi)，從而構(gòu)成微小型的地面幾何模型，通過(guò)在微小型地面幾何立體模型上測(cè)量出地面點(diǎn)的平面位置、高程和等高線，從而得到地形圖[3]。分工法：主要適用于丘陵地形，其是按照平面位置和高程分求原則進(jìn)行測(cè)量測(cè)圖的方法，與全能法一樣，也是通過(guò)立體測(cè)圖儀測(cè)量地面點(diǎn)、高程和等高線，其確定地面平面位置也綜合法的確定方法相同。

2.3 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量解析是為了糾正定向點(diǎn)和標(biāo)記點(diǎn)，以及工作時(shí)所需要用到的儀器元素?cái)?shù)據(jù)，在空中三角測(cè)量之前需要獲得的材料有航空攝影質(zhì)量見(jiàn)證書(shū)、滌綸片、圖例表（編圖過(guò)程的檔案）、野外操作控制圖以及各種觀測(cè)核算的手簿以及工序設(shè)計(jì)書(shū)。

2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)字化測(cè)圖（DLG）制作

數(shù)字化地形測(cè)圖主要步續(xù)為：航空攝影測(cè)量空三加密作業(yè)。外業(yè)主要負(fù)責(zé)像片控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)、像片調(diào)繪和綜合法測(cè)圖。內(nèi)業(yè)的密測(cè)圖控制點(diǎn)是以像片上的控制點(diǎn)作為基礎(chǔ)，通過(guò)空中三角測(cè)量的方法，從而推求測(cè)圖的控制點(diǎn)、平面坐標(biāo)及高程。測(cè)繪地物地貌。主要作業(yè)是全野外調(diào)繪后測(cè)圖和內(nèi)業(yè)負(fù)責(zé)判斷測(cè)圖。外業(yè)負(fù)責(zé)對(duì)照、補(bǔ)測(cè)及補(bǔ)調(diào)兩種測(cè)圖。測(cè)繪接邊和結(jié)束。儀器在測(cè)繪地物地貌時(shí)，應(yīng)該與已描圖進(jìn)行接邊。每幅圖在對(duì)測(cè)完以及檢查完之后才能夠從儀器上取下。

3 影響無(wú)人機(jī)航攝效率的因素分析

影響無(wú)人機(jī)航空攝影效率的主要因素有四方面，這四方面分別是攝影區(qū)域面積、無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間、數(shù)碼相機(jī)的續(xù)航時(shí)間及相機(jī)的像幅大小。

無(wú)人機(jī)航攝公式是N=Int（PArea/FArea）+1

公式中的N代表攝影飛行架的次數(shù)，PArea代表攝影區(qū)域的面積，F(xiàn)Area指單架此航空攝影面積，Int（）則表示數(shù)字舍去之后最接近的整數(shù)。

由公式N=Int（PArea/FArea）+1得知，航空攝影架次與攝影區(qū)域的面積成正比，與單價(jià)次航空攝影面積為反比。因此，要想在保證完成航攝區(qū)域任務(wù)的同時(shí)提高航攝效率，首先則需要先提高單架次的航空攝影面積。將單架次的航空攝影分?jǐn)偟矫恳粡堄行У南衿希瓜衿挠行娣e等于單架次像片減去單次重疊之后的面積。

以下兩種措施可以有效地提高無(wú)人機(jī)航空攝影效率：第一，選擇具有較高行高和短焦距的數(shù)碼相機(jī)，并選擇容量大的相機(jī)電池。第二，加大無(wú)人機(jī)的載油量，減少航攝像片重疊度以及單位時(shí)間的耗油量。在實(shí)際航空攝影作業(yè)中，由于相機(jī)的焦距是固定的，所以必須要保證航攝影響的重疊度[4]。因此，增加油箱容量和減少單位時(shí)間的耗油量是最有效的方法。

4 案例分析

DP-UAV軟件是針對(duì)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量非專(zhuān)業(yè)相機(jī)、像幅小、姿態(tài)不穩(wěn)定、重疊度大等特點(diǎn)而研發(fā)一種無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)處理平臺(tái)。

表1是用DP-UAV軟件進(jìn)行航測(cè)數(shù)據(jù)處理的成果，某地區(qū)338張像片，耗時(shí)147分鐘，自動(dòng)生成136萬(wàn)物方點(diǎn)，DEM和正射影像。

飛行區(qū)域大小——6×4平方公里；獲取方式：無(wú)人機(jī)，航高500米；使用數(shù)碼相機(jī)：canon450D；獲取時(shí)間：某日上午；天氣狀況：晴朗；獲取的影像：共1338張，15航帶。

同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布設(shè)控制點(diǎn)40多個(gè)，采用RTK進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量坐標(biāo)與無(wú)人機(jī)航測(cè)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

通過(guò)表1的數(shù)據(jù)表可以看出，通過(guò)DP-UAV處理后的無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量成果已經(jīng)達(dá)到了高精度要求，滿(mǎn)足地形圖測(cè)量及一般工程測(cè)量的基本要求，驗(yàn)證了該軟件應(yīng)用于數(shù)字化測(cè)量地形航測(cè)數(shù)據(jù)處理的可行性。

傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理作業(yè)流程成熟，但是作業(yè)效率低，快速拼接的全景影像無(wú)精度不可量測(cè)。而且在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中需要使用野外控制點(diǎn)并通過(guò)空三加密求解外方位元素，而野外控制點(diǎn)的測(cè)量歷來(lái)是一項(xiàng)工作量大、作業(yè)成本高的測(cè)量過(guò)程，特別是在荒漠、森林、高山等困難地區(qū)更是如此。因此，盡量減少野外控制點(diǎn)數(shù)量、甚至實(shí)現(xiàn)無(wú)野外控制點(diǎn)定位一直是攝影測(cè)量的重要研究方向之一，而無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)及影像處理軟件DP-UAV正好解決了這些問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)成為航空遙感技術(shù)之一，文章對(duì)無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量中的應(yīng)用以及影響無(wú)人機(jī)航空攝影效率的各種因素做了簡(jiǎn)要分析，最后并提出了提高無(wú)人機(jī)航攝效率的可行方案，并且在實(shí)踐當(dāng)中得到了驗(yàn)證。所以，也使得無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行大面積的航空攝影作業(yè)成為了有可能。

參考文獻(xiàn)

[1]王紅蓮.無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2015（22）：261.

[2]李晴晴.無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2013（35）：8098-8099.

[3]胡小峰，王建華.無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2015（8）.

[4]楊立建.數(shù)字化地形測(cè)量中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用[J].地球，2015（1）.