周 斌

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450000）

1 無人機(jī)低空攝影測(cè)量的發(fā)展?fàn)顩r

無人機(jī)攝影作為近幾年行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要熱點(diǎn)，隨著攝影技術(shù)，硬件的不斷升級(jí)，云臺(tái)技術(shù)的不斷突破，在這些技術(shù)的推動(dòng)下，我們可以很容易的短時(shí)間內(nèi)獲得高精度、高分率的地形照片，在配合業(yè)界已經(jīng)向成熟的高精度定位北斗、GPS等的通信手段，將測(cè)量技術(shù)與遙感技術(shù)的融合，讓無人機(jī)的低空攝影測(cè)量系統(tǒng)成為大比例尺下的地形圖的繪制，有著無法比擬的優(yōu)勢(shì)。但是，雖然在理論上已經(jīng)有著高度的共識(shí)，但是在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，任何我們看到的技術(shù)前景，都可能已經(jīng)有人在做更新的技術(shù)嘗試，這些技術(shù)在幾十個(gè)國家的上百個(gè)項(xiàng)目中可以衍生的方向和新技術(shù)又可以說是層出不清的[1]。舉例來說，在北京舉行的2019瑞士創(chuàng)新周上，記者對(duì)話Fixposition公司創(chuàng)始人兼CEO蘇振中，在其公司的無人機(jī)在測(cè)繪行業(yè)實(shí)現(xiàn)的重大突破就是讓無人機(jī)和其他運(yùn)載工具實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)的精確定位，在與RTK技術(shù)的深入融合中，他們找到了更深入 的研究領(lǐng)域和方向，同樣大疆創(chuàng)新也是作為一家在無人機(jī)飛行，動(dòng)態(tài)捕捉、云臺(tái)技術(shù)和設(shè)備良好可靠性而從一家初創(chuàng)公司躋身世界無人機(jī)巨頭行列[2]。現(xiàn)在甚至可以說，任何國家或行業(yè)能夠掌握無人機(jī)技術(shù)和相關(guān)導(dǎo)航、通信、測(cè)繪行業(yè)融合的一家企業(yè)，都是能夠快速引領(lǐng)行業(yè)變潮，所以，掌握能夠掌握無人機(jī)在低空領(lǐng)域的攝影測(cè)量技術(shù)，對(duì)于提升我國在無人機(jī)市場上的技術(shù)競爭力有著非常重要的意義。同樣拓寬無人機(jī)及測(cè)繪信息技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用，在城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃、森林防火減災(zāi)、海洋生態(tài)保護(hù)、鐵路、公路規(guī)劃等的方面也都將有著極大地現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 大比例尺地形圖繪制的價(jià)值

通常的，我們稱比例尺在1:500～1:10萬地形圖為大比例尺地形圖，大比例尺地形圖作為建設(shè)規(guī)劃、管理設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)性資料，在城市、國土資源、規(guī)劃與管理及工廠、礦山設(shè)計(jì)與施工；礦山的儲(chǔ)量計(jì)算等方面起著十分重要的作用。

當(dāng)然，隨著近年來大中城市對(duì)大比例尺地形圖數(shù)據(jù)庫的逐步建設(shè)并基本完成，大比例尺地形圖數(shù)據(jù)的及時(shí)性問題逐步顯現(xiàn)，在數(shù)據(jù)的的持續(xù)更新和不斷改善上用戶也提出了更高的要求，所以，這些測(cè)繪數(shù)據(jù)在不斷發(fā)揮作用的同時(shí)，也是在不斷被淘汰和拋棄的，尤其隨著現(xiàn)在國家城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，很多大中城市都對(duì)大比例尺地形圖的更新要求由原來的三年五年，變成一年兩年，甚至更短的時(shí)間，這樣，也就對(duì)我們測(cè)繪人員的工作量和工作效率甚至是工作方法提出了新的要求[3]。

所以，現(xiàn)在大比例尺地形圖的發(fā)展已經(jīng)從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變后，再次從數(shù)字化向數(shù)據(jù)化動(dòng)態(tài)更新方向發(fā)展的趨勢(shì)下，如何更好地應(yīng)用新技術(shù)和新方法來解決遇到的瓶頸，無人機(jī)的出現(xiàn)，在一定程度上讓大比例尺地形圖的繪制有了新的思路和方法，同時(shí)，由于更先進(jìn)的工藝和制程，我們甚至可以使用規(guī)?；脑品?wù)器將無人機(jī)采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行同步實(shí)時(shí)處理，直接的得到大比例尺地形圖。當(dāng)然這也是無人機(jī)低空測(cè)量系統(tǒng)未來的一個(gè)極大優(yōu)勢(shì)。

3 無人機(jī)航空攝影測(cè)量的優(yōu)勢(shì)分析

（1）成本投入低，作為可不斷重復(fù)利用的設(shè)備，無人機(jī)的成本投入相較于人員增加或大型設(shè)備的投入，都是性價(jià)比很高的投入。在無人機(jī)上掛載相應(yīng)的云臺(tái)和高清攝像機(jī)，就可以由經(jīng)過培訓(xùn)持證的專業(yè)人員進(jìn)行操作，攝像機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，進(jìn)行三維信息加工和處理從而得到需要的比例尺地形圖。

（2）無人機(jī)的個(gè)頭小巧，決定了其能有更好的機(jī)動(dòng)性能，就目前的程序而言，能夠很容易的做到自動(dòng)巡航的功能，不需人為來操控，在檢測(cè)到電量低于一定值之后，可以自動(dòng)返航，回落到設(shè)定坐標(biāo)點(diǎn)，除更換電池外，整機(jī)的免維護(hù)性很高。

圖1 大疆“悟Inspire 2”基于前視和下視的雙目立體視覺系統(tǒng)

（3）無人機(jī)能夠獲取更多及時(shí)有效的信息，作為低空攝影的設(shè)備，相比較更高階衛(wèi)星地圖而言，一是在相同比例尺下，得到的有效信息更多，在低空和高清攝像機(jī)的加持下，能夠?qū)Υ蟊壤呦碌牡匦螆D更好的描述，而衛(wèi)星地圖在高成本和更新效率較慢的同時(shí)，在大比例尺地形圖的使用上，與無人機(jī)相比能夠讀取的數(shù)據(jù)信息相對(duì)更少，不能夠很好的滿足用戶的需求。

（4）環(huán)境適應(yīng)性好，只要能夠滿足無人機(jī)的正常起飛和降落及必要的通訊要求，不管在山區(qū)還是荒漠地帶，都能夠進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)在城市高樓林立的地區(qū)，只要找到一個(gè)相對(duì)高點(diǎn)，在無人機(jī)覆蓋范圍內(nèi)的公里內(nèi)，測(cè)繪人員都能夠哼好的采集到規(guī)劃路線的地理信息數(shù)據(jù)。

（5）安全性能好，測(cè)繪人員可根據(jù)具體環(huán)境選擇相對(duì)安全的位置和區(qū)域?qū)o人機(jī)的釋放和數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制，一方面保證了設(shè)備的運(yùn)行安全，另一方面，在特殊地形和危險(xiǎn)區(qū)域避免人的直接接觸，極大地提高了測(cè)繪的啊安全性。

4 無人機(jī)攝影大比例地形圖測(cè)繪的問題討論

（1）無人機(jī)測(cè)量精度問題。由于在大起伏地形中的落差變化較大，在無人機(jī)進(jìn)行遙測(cè)時(shí)沒有布置好適合的像控點(diǎn)，導(dǎo)致發(fā)生翹曲，平查數(shù)據(jù)精度不夠，所以在復(fù)雜地形無人機(jī)測(cè)繪時(shí)，首先要選好適合的像控點(diǎn)，在滿足無人機(jī)測(cè)量要求下，選取的像控點(diǎn)至少5個(gè)以上，當(dāng)然如果無人機(jī)掛載像UCX類數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，能夠自動(dòng)進(jìn)行空三加密，計(jì)算平差，依據(jù)相應(yīng)規(guī)范最后加密，能得到適合精度要求的比例圖，那么像控點(diǎn)的選擇就不必太苛刻了。

（2）成像質(zhì)量問題。相機(jī)成像的質(zhì)量有多個(gè)因素決定，在大比例尺測(cè)繪中，高差比較大的影像獲取往往會(huì)出想成像質(zhì)量較差的問題，尤其是像樹木、植被覆蓋較密集的區(qū)域，植被紋理比較粗糙，涂抹感較強(qiáng)。出現(xiàn)這種問題的原因，首先是設(shè)備本身硬件素質(zhì)有差距，這個(gè)是可以通過升級(jí)硬件來進(jìn)行不斷提高的。

同時(shí)，由于不同的環(huán)境條件下，相機(jī)的獲取的感條件不同，在具體到圖像上可能會(huì)出現(xiàn)較明或較暗的問題，這樣的圖像一般不能作為信息收錄參考，所以才天氣狀況不好的條件下，可以通過調(diào)節(jié)曝光時(shí)間、感光度的手段來提高樣張水平。像素主要相機(jī)本身決定，曝光時(shí)間的選取和天氣有著密切的關(guān)系，當(dāng)光線條件不好的時(shí)候，應(yīng)該盡量增加曝光時(shí)間。

（3）圖片重疊率問題。無人機(jī)攝影時(shí)，為提高成像質(zhì)量，往往也會(huì)采用提高重疊率的方法來解決遇到的成像分辨率低等的問題。重疊率的提高會(huì)影響拍照的效率和有限空間存儲(chǔ)信息量的降低，但是重疊率還有一個(gè)更重要的影響就是照片連接問題，在光線、環(huán)境都比較理想的環(huán)境中，我們往往也要保持一定的照片的重疊率，這樣的話，可以保持拍攝出來的照片在連接時(shí)有足夠的連接點(diǎn)，獲取足夠的信息。

重疊率若比較低，地物點(diǎn)在航拍的圖片中少量出出現(xiàn)，在連接照片時(shí)可能會(huì)因?yàn)樘崛∵B接點(diǎn)少，造成連接點(diǎn)平差結(jié)構(gòu)不夠理想，所以保留相對(duì)比例的重疊率對(duì)大比例地圖的整體成像是十分有必要的，也能夠避免上述問題的發(fā)生。

（4）無人機(jī)飛行高度問題。任何的相機(jī)都是有有效攝影距離的，在無人機(jī)攝影時(shí)，在不同地貌，甚至是城市環(huán)境中有時(shí)可能需要航測(cè)飛行的高度較大，但是較大高度下，采集到的圖像可能會(huì)相對(duì)模糊，不能夠很好的滿足需求。

我們知道無人機(jī)的飛行高度影響相機(jī)的GSD(地面樣本距離類似分辨率)，每個(gè)像素點(diǎn)所能代表的真是尺寸，以大疆無人機(jī)，大疆精靈Phantom 4 RTK為例，考慮地形的起伏，根據(jù)公式H=36*GSD可以大致確定合適的飛行高度，建議設(shè)置的飛行高度不大于計(jì)算出的H，（其中GSD單位為厘米，H單位為米）。其無人機(jī)的GSD為2.74cm，對(duì)應(yīng)飛行高度約100m，在100m以內(nèi)的高度飛行采集到的像素信息我們認(rèn)為都是可取的。一般的，通常飛機(jī)離地距離越近，GSD的數(shù)值越小，所成像的精度也越高。同時(shí)也注意到，在地勢(shì)變化比較大的區(qū)域，要選擇好合適的無人機(jī)飛行高度，對(duì)采集適合分辨率的圖像也是有很好幫助的。

表1 飛行高度與GSD關(guān)系

無人機(jī)的使用對(duì)低空航測(cè)無疑是有巨大幫助的，但是，想要獲得較為合適的繪制結(jié)果，我們?cè)诰瓤刂啤⑾嗫攸c(diǎn)布設(shè)、成像質(zhì)量、重疊率、飛行高度等方面還是需要嚴(yán)格注意，當(dāng)然還要參考天氣和具體環(huán)境條件，這樣才能更好地使用不人機(jī)工具帶來的效率和工作質(zhì)量的提升。