陳小龍，王海濤，董快鴿

（1.西安迪飛科技有限責任公司，陜西 西安 710018；2.陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西 西安 710018）

0 引言

無人機低空攝影測量指利用無人機在航高1000 m以下進行的數(shù)字航空攝影測量。主要應用于：災害應急測繪、小范圍大比例尺地形圖測繪與更新、三維城市建模、文物考古與保護等方面。無人機低空攝影測量系統(tǒng)主要由飛行平臺、飛行導航與控制系統(tǒng)（飛控系統(tǒng)）、地面監(jiān)控系統(tǒng)、任務設備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、地面保障設備組成。飛行平臺主要指無人機的機體，如：固定翼、旋翼無人機等；任務設備主要指無人機所搭載的設備，如：數(shù)碼相機、光譜相機、傾斜鏡頭、雷達掃描儀等。

1 無人機低空攝影測量技術的作業(yè)流程

1.1 主要步驟

無人機低空攝影測量的作業(yè)流程大致可分為控制測量、航空攝影、內業(yè)加密、產品生產四個步驟。

圖1 無人機低空攝影測量作業(yè)流程圖

1.2 關鍵環(huán)節(jié)

（1）相機檢校，由專業(yè)檢校廠商進行檢校，在鏡頭發(fā)生松動或影響空三精度的情況下，需要進行檢校。

（2）航線設計，由無人機配套提供，既可進行航線設計，也可以進行飛行控制。

（3）圖像處理：利用影像處理軟件進行圖像糾偏。

（4）影像量測：專業(yè)軟件中同名點匹配，控制點刺點。

（5）空三加密：專業(yè)軟件進行平差、計算外方位角。

（6）DEM提取：在專業(yè)軟件中將DSM模型中的建筑物、地表植被壓平。

（7）DOM生成：專業(yè)軟件生成正射影像。

（8）DLG生產：使用手輪、腳盤、測圖軟件完成線畫圖繪制、編輯。

2 無人機低空攝影測量技術的應用

2.1 測區(qū)概況

某地擬建水庫位于陜北地區(qū)，屬山地地形，溝壑山地錯綜復雜，高程為900 m～1200 m之間，比高為300 m。測區(qū)縱向范圍為：擬建壩址軸線上游4.0 km，高程約1100 m處，下游2.7 km。橫向范圍為：壩肩至塬面以外10 m，高程約1100 m處。擬建庫區(qū)范圍三條支溝，常年流水，水深約0.1 m～0.5 m，其中兩條支溝交匯處下游0.3 km、2.0 km處分別有土壩、混凝土壩攔截蓄水，水深約1 m～6 m。各支溝可徒步進入，測區(qū)溝深山高，溝底蜿蜒曲折，雖然植被以矮小灌木為主，但通視條件一般。

2.2 控制測量

測量采用“先像控后航測”的解決方案，西安1980掛靠獨立坐標系，1985國家高程系統(tǒng)，四等平面高程控制，聯(lián)測3個C級平面控制點、2個Ⅱ等高程點，埋設控制樁8個，嚴格按照《水利水電工程測量規(guī)范》（SL197-2013）執(zhí)行，全網共組成同步環(huán)40個，異步環(huán)60個，水準線路長度為26.9 km，實測閉合差為-70.0 mm，允許閉合差為±103.7 mm。選取均勻分布于測區(qū)的5個四等控制點進行參數(shù)求解，像控點測量、檢查點測量和斷面測量均采用此參數(shù)。

2.3 航空攝影

采用華測P310垂直起降電動無人機進行低空攝影測量作業(yè)。

（1）航高設計：無人機搭載SonyA7RⅡ定焦單反相機，像幅大小 7952×5304 pixel，像元大小 4.52 μm，焦距 36.22 mm，成圖精度 1∶1000，地面分辨率（GSD）0.06 m,相對航高 450 m。

（2）航線設計：利用無人機地面控制軟件，設定航向重疊度80%，旁向重疊度60%?？紤]到航時安全，分2個架次共21條航帶進行航攝。

（3）像控點布置：采用區(qū)域網布點法，共布設像控點23個，像控點布設應盡量選擇在地勢平坦區(qū)域，避開磚窯煙囪、垃圾桶、電線桿等地面明顯凸起物，一般用白石灰在地面布“十字絲”，便于無人機拍攝。航線及像控點布置如圖1所示，像控點布置圖如圖2所示。

圖1 航線像控點分布圖

圖2 像控點布置圖

（4）航飛數(shù)據(jù)檢查：下載POS和1180張影像數(shù)據(jù)，經測區(qū)影像快速拼接后，攝影面積33.87 km2，地形高度1019 m～1272 m，絕對航高1591 m～1603 m，依據(jù)《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》（CHZ 3004-2010）和行業(yè)經驗進行質量評估，飛行質量滿足相應要求。

（5）像控點測量：平面位置中誤差不超過圖上±0.1 mm，高程中誤差不超過1/10基本等高距。

2.4 外業(yè)調查調繪

（1）水工建筑物調查測量：對測區(qū)內淤地壩、溢流壩壩頂高程、淤積面高程即臨水坡腳高程進行調查測量，對抽水泵站管徑及位置進行調查測量。

（2）地形圖調繪：依據(jù)拼接影像，結合測量范圍進行實地調繪，主要調繪測區(qū)內村莊名稱、房屋屬性、通訊線、電力線、道路材質、交通橋等地物。調繪過程中根據(jù)需要采用GPS-RTK方法實測部分管線設施。

2.5 內業(yè)數(shù)據(jù)處理

（1）影像糾偏：鏡頭正中間畸變最小，越到邊緣畸變越大，結合相機檢校報告，采用專業(yè)軟件，對所采集像片進行糾偏和格式轉換。

（2）空三加密：各類空三加密軟件使用步驟大同小異，基本都是按照“新建工程→導入數(shù)據(jù)→生成航帶→處理影像→提取同名點→刺點測量→平差解算→精度評估→建立模型”這幾個步驟[1]進行。

（3）數(shù)據(jù)生產：使用專業(yè)軟件生成DEM、DOM等數(shù)據(jù)；借助立體眼鏡、手輪腳盤，使用航天遠景、適普、JX4等線畫圖采集軟件，由專業(yè)采集人員完成線畫圖采集工作。數(shù)據(jù)生產成果如圖3、圖4所示。

圖3 正射影像圖

圖4 線畫圖采集成果

（4）編輯入庫：采集完的數(shù)據(jù)，需要導入常用的測繪數(shù)據(jù)編輯軟件（如CASS、曹Map、iData等）中進行數(shù)據(jù)編輯、屬性錄入、質量的檢查，數(shù)據(jù)轉換，進行標準化入庫。

2.6 精度評估

（1）模型精度：將部分檢查點導入到空三模型中，進行模型精度評估，共導入152個檢查點，精度結果滿足要求，精度結果見表一。

（2）成果精度：對采集完的線畫圖進行人工抽檢，數(shù)據(jù)精度達到1∶1000成圖精度。

表1 模型精度表

2.7 作業(yè)注意事項

（1）禁飛區(qū)域：無人機航測屬于低空飛行，應避免軍事區(qū)和民航禁空區(qū)作業(yè)，國家已經出臺一些管制規(guī)定，可參照執(zhí)行。

（2）無人機保險：部分測量設備公司已經與保險公司合作，承擔無人機損失險以及第三者責任險，保障無人機低空攝影測量作業(yè)安全。

3 結語

從無人機低空攝影測量技術的應用效果來看，其測量精度能夠基本滿足水利工程測量的要求，但應用中也還存在以下問題值得我們注意：

（1）無人機低空攝影測量只是將大部分繁重的外業(yè)測量工作轉為內業(yè)處理，因此人員和資金投入并沒有減少。

（2）測區(qū)中存在大面積水域，必須結合水下測量，才能將地形完整還原。

（3）等高線數(shù)據(jù)采集工作是制約整個數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)效率的主要因素，植被覆蓋少、模型精度高的測區(qū)，完全可以借助軟件自動生成等高線。

（4）大面積測區(qū)不太適用無人機低空攝影測量，反倒會導致影像數(shù)據(jù)增多，加大外業(yè)控制和內業(yè)處理難度。

無人機低空攝影測量技術已經十分成熟，但其在水利工程測量中的應用時間還不長，具體項目中應合理選擇技術方案，將無人機作業(yè)效率最大化。