摘要：無人機(jī)航測是對傳統(tǒng)航空攝影測量、攝影測量與遙感等測繪手段的有力補(bǔ)充，具有機(jī)動靈活、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢。無人機(jī)與航空攝影測量相結(jié)合使得“無人機(jī)數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領(lǐng)域的一個(gè)嶄新發(fā)展方向，在基礎(chǔ)測繪、土地利用動態(tài)監(jiān)測、智慧城市建設(shè)等方面具有廣闊前景。相比傳統(tǒng)測量，無人機(jī)航測作業(yè)成本更低、效率更高、時(shí)效性更強(qiáng)，深受測繪行業(yè)的歡迎，在國土資源測繪中應(yīng)用也越來越廣泛。

Abstract： UAV aerial survey is a powerful supplement to traditional aerial photogrammetry， photogrammetry， remote sensing and other surveying and mapping methods. It has the characteristics of flexible maneuverability， low operating cost， wide application range and short production cycle and it has obvious advantages in fast acquisition of high-resolution images in small areas and difficult-to-flight areas. The combination of drones and aerial photogrammetry makes "UAV digital low-altitude remote sensing" become a new development direction in the field of aerial remote sensing， which has broad prospects in basic surveying and mapping， land use dynamic monitoring and smart city construction. Compared with traditional surveys， UAV aerial survey is more economic， more efficient and more time-sensitive， so it is well received by the surveying and mapping industry and is increasingly used in land and resources surveying and mapping.

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航測;國土資源;測繪;應(yīng)用

Key words： UAV aerial survey;land resources;surveying and mapping;application

中圖分類號：P231??????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0236-02

0? 引言

無人機(jī)航測是指采用多旋翼、固定翼的無人飛行器平臺，搭載單鏡頭、多鏡頭的相機(jī)傳感器，以及小型機(jī)載雷達(dá)等，進(jìn)行無人機(jī)測量的一種先進(jìn)測繪技術(shù)手段。無人機(jī)航測系統(tǒng)由無人機(jī)載體、飛行控制系統(tǒng)、影像獲取設(shè)備、數(shù)傳系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、地面接收終端、數(shù)字?jǐn)z影測量工作站和地面遙控裝置組成。在數(shù)據(jù)采集階段影像曝光的瞬間，飛行控制系統(tǒng)采集了像主點(diǎn)曝光瞬間的位置信息、姿態(tài)信息、影像參數(shù)等;將這些信息通過數(shù)傳系統(tǒng)和圖傳系統(tǒng)傳輸給地面設(shè)備;飛行完成后利用影像數(shù)據(jù)預(yù)處理檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，對不符合要求的數(shù)據(jù)實(shí)施補(bǔ)飛或重飛。

1? 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)

無人機(jī)航測系統(tǒng)又稱為無人機(jī)駕駛航空器系統(tǒng)。在無人機(jī)航空攝影測量之前，有必要了解一下其基本技術(shù)指標(biāo)和要求：①獲取能用于立體測量的真彩色數(shù)字影像;②按0.1m地面分辨率進(jìn)行飛行設(shè)計(jì)，獲得的影像滿足1：1000比例尺的DLG、DEM和DOM的成圖精度要求;③配置高精度動態(tài)GPS接收機(jī)，通過后差分技術(shù)計(jì)算得到機(jī)載GPS軌跡;④航向重疊度是60～80%，旁向重疊度是15～60%;本項(xiàng)目用的無人機(jī)是成都縱橫大鵬無人機(jī)科技有限公司生產(chǎn)的大鵬無人機(jī)（型號為CW-10SONYA7R相機(jī)一套）和2臺大疆PHANTOM4RTK無人機(jī)。該無人機(jī)外業(yè)工作流程為圖1。

2? 無人機(jī)航測在國土資源測繪中的主要應(yīng)用

2.1 無人機(jī)航測在國家各專業(yè)職能部門中的廣泛應(yīng)用

如，供電局可以進(jìn)行無人機(jī)線路巡檢，大大提高了工作效率;交通局可以通過無人機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)動，結(jié)合空間地理信息基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控道路狀況;農(nóng)業(yè)局可以通過無人機(jī)的航線規(guī)劃，對大面積的農(nóng)作物進(jìn)行噴灑農(nóng)藥，可有效預(yù)防各種大面積的病蟲害;水利局通過專業(yè)無人機(jī)進(jìn)行航測，可及時(shí)對江河航道進(jìn)行勘察，有效監(jiān)測各種地質(zhì)災(zāi)害等;國土自然資源方面通過無人機(jī)航測，可進(jìn)行各種地質(zhì)災(zāi)害勘查的實(shí)時(shí)監(jiān)測，有效及時(shí)地應(yīng)對各種自然災(zāi)害等。

2.2 正射影像圖（DOM）生成

Pix4Dmapper是瑞士Pix4D公司生產(chǎn)的全自動快速無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件，它可以將很多張影像快速制作成精確的二維地圖和三維模型，Pix4Dmapper能從航拍片中快速獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行后期的加工處理，獲得高精度的正射影像圖用于水利工程中的河湖管理。Pix4Dmapper生成正射影像圖的過程是：①先導(dǎo)入照片和pos進(jìn)行快速拼接，快速拼接的質(zhì)量報(bào)告可以查看外業(yè)飛行數(shù)據(jù)的質(zhì)量;②導(dǎo)入控制點(diǎn)進(jìn)行空三加密;③選擇初始化處理進(jìn)行平差，結(jié)果可以查看控制點(diǎn)精度是否滿足規(guī)范要求;④選擇接下來的兩個(gè)選項(xiàng)：點(diǎn)云和紋理以及DSM、正射影像和指數(shù)，最終生成DSM和DOM。后期可以將DSM與DOM導(dǎo)入到EPS中進(jìn)行裸眼畫圖。

2.3 城市低空無人機(jī)航測精度控制分析

隨著近年來無人機(jī)技術(shù)的成熟和發(fā)展，低空無人機(jī)越來越廣泛的應(yīng)用在航測、攝影、巡檢等多個(gè)領(lǐng)域，極大的增強(qiáng)了工作效率，為社會提供了新的系統(tǒng)解決方式。因此，航測也是隨著低空無人機(jī)發(fā)展興起的一門學(xué)科，即通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器，在遠(yuǎn)離目標(biāo)和非接觸目標(biāo)物體條件下探測目標(biāo)地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息，并進(jìn)行提取、判定、加工處理、分析與應(yīng)用的一門科學(xué)和技術(shù)，稱為遙感科學(xué)。簡單說就是利用無人機(jī)對地面地形和相關(guān)的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行精確的定位和建模。所以在航測過程中，精度的控制影響著最后成像的效果，建模的準(zhǔn)確度，好的成像和建模能夠有效的指導(dǎo)實(shí)際的工作。

2.4 補(bǔ)測操作的應(yīng)用

應(yīng)用無人機(jī)航測技術(shù)對地測展開測量，需要相關(guān)人員對測量盲點(diǎn)引起重視，對測量區(qū)域進(jìn)行充分的考慮，然后根據(jù)區(qū)域位置科學(xué)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了讓盲區(qū)測量數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)任何遺漏，就需要反復(fù)對比無人機(jī)航測技術(shù)所獲得的地測數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)遺漏就要進(jìn)行補(bǔ)測，只有這樣才能提高地測的質(zhì)量和完善地測數(shù)據(jù)。除此之外，要想更好的處理測量誤差和降低誤差的出現(xiàn)，就要預(yù)訂參數(shù)和操作模式，這樣才能提高地測工作質(zhì)量，讓無人機(jī)航測技術(shù)有效應(yīng)用。

2.5 DOM工藝的應(yīng)用

DOM主要是把無人機(jī)航拍回來的數(shù)字化圖片和不同階段的影像進(jìn)行樣本采集，然后糾正其他影像因素而產(chǎn)生的失真問題，使得這些正射影像圖能夠更標(biāo)準(zhǔn)。具體操作就是無人機(jī)通過低空拍攝對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)收集，在完成這個(gè)步驟后，就要展開相應(yīng)的定向操作，而一般情況下，定向操作主要分為三種，即內(nèi)定向、相對、絕對定向，通過這三種方式來糾正數(shù)據(jù)和鑲嵌影像，最后在進(jìn)行檢查，從而形成DOM成果。

2.6 可靠性分析

項(xiàng)目采用無人機(jī)航測技術(shù)，通過影像鑲嵌和裁切對DOM進(jìn)行分塊;再根據(jù)分好的DOM和DEM數(shù)據(jù)對航空攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的矢量化。通過實(shí)測對比檢查可知，利用該方法生產(chǎn)的地形圖精度符合1∶1000比例尺地形圖測圖要求，地物地貌特征與實(shí)地一致，比傳統(tǒng)地形圖測量手段獲取了更多的細(xì)部點(diǎn)。除了效率有極大提高外，該方法還得到了測區(qū)的DOM和DEM，更加有利于項(xiàng)目后期的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，受到了業(yè)主的好評。

3? 基于FullResolution方法的影像匹配

全數(shù)字?jǐn)z影測量的基礎(chǔ)是影像匹配。眾所周知，影像都有灰度值，先將影像各點(diǎn)的灰度值轉(zhuǎn)換為整數(shù);再對相片有可能出現(xiàn)的最大灰度變化范圍進(jìn)行等分;然后每隔一個(gè)間隔獲取一個(gè)點(diǎn)的灰度值進(jìn)行準(zhǔn)確采樣，對實(shí)際連續(xù)函數(shù)模型進(jìn)行離散化量測;最后利用數(shù)字影像內(nèi)定向確定地面坐標(biāo)系與相片坐標(biāo)系的關(guān)系。無人機(jī)采用最小二乘匹配算法，利用計(jì)算機(jī)對數(shù)字影像進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方式完成影像匹配。利用法方程式系數(shù)矩陣的逆矩陣求得其精度指標(biāo)，再引入變換參數(shù)作為待定值，一同納入到最小二乘解算中，使匹配可達(dá)1/10像素的精度（子像素精度）。天寶無人機(jī)航測系統(tǒng)采用UASMaster軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，采樣點(diǎn)方面用FullResolution（1/10像素精度）模式可改善精度指標(biāo)。精細(xì)分割像素增加了提點(diǎn)數(shù)量，雖然耗時(shí)長但精度提高了一倍。

4? 硬件系統(tǒng)的配合，提升測繪精度

無人機(jī)巡航速度的選擇，低空無人機(jī)的速度越大，震動越大，對航測精度的影響也就越大，但是在實(shí)際的操作過程中，最重要的是巡航的安全，所以巡航速度需控制在最安全的巡航速度，而不是越小越好，然后通過提高快門速度來降低在巡航中震動以及便宜的影響。實(shí)際航測過程中，盡量選擇快門速度大于1/1000秒，以減少低空無人機(jī)震動帶來的影響，同時(shí)能減小無人機(jī)因?yàn)檠埠剿俣葞淼奈灰破?。另外，快門速度也需根據(jù)實(shí)際航測時(shí)地面的分辨率進(jìn)行調(diào)整，如果地面分辨率在0.05米，巡航速度在25米每秒，這時(shí)需選擇1/1000的快門速度，其余的要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測算。

5? 結(jié)語

總之，無人機(jī)具有機(jī)動靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。無人機(jī)與航空攝影測量的結(jié)合，使得無人機(jī)數(shù)字低空航空攝影測量成為大比例尺航測流行的技術(shù)解決方案。數(shù)字航空攝影測量通過算法的改進(jìn)可有效提高影像匹配和模型連接的精度，為后期DOM制作提供了幾何精度更高、效果更清晰、地理信息更完整的模型數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)地形測量需要投入大量人員，耗時(shí)長、效率低，且由于其對作業(yè)員經(jīng)驗(yàn)的要求較高，經(jīng)驗(yàn)少的作業(yè)員在地形外業(yè)測量時(shí)容易漏測，成果整理時(shí)容易記錄不完整。無人機(jī)航測可實(shí)現(xiàn)全覆蓋采集、數(shù)字化成圖，既保證了質(zhì)量，又能大幅提高效率，優(yōu)勢明顯。隨著無人機(jī)航測技術(shù)的不斷進(jìn)步，續(xù)航能力、飛行精度和穩(wěn)定性、智能規(guī)劃航線和開發(fā)專題應(yīng)用軟件等技術(shù)的提高，將進(jìn)一步提高無人機(jī)航測的精度，并能在交互式巡查、智能化抓取、動態(tài)檢測等領(lǐng)域不斷延伸和擴(kuò)展。無人機(jī)航測在民用領(lǐng)域中、國家各專業(yè)職能部門國土自然資源測繪等多方面得到了廣泛應(yīng)用。在未來，無人機(jī)航測在自然資源測繪中的應(yīng)用會更加深入、更加全面，會創(chuàng)造更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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作者簡介：殷行（1985-），男，黑龍江雞西人，中級職稱，研究方向?yàn)楹綔y。