鄒 江

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì)，貴州 安順 561000）

1 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)概述

無人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)一般由飛行平臺(tái)、任務(wù)裝置、地面控制站等部分組成。其中飛行平臺(tái)常用的有固定翼平臺(tái)和多旋翼平臺(tái)兩種，以飛馬D200為例，其飛行平臺(tái)主要包括機(jī)身、動(dòng)力裝置、飛行控系統(tǒng)；任務(wù)裝置主要有高分辨率光學(xué)相機(jī)、激光雷達(dá)等；地面控制系統(tǒng)主要包括顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[1]。

2 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)流程

2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

航攝任務(wù)下達(dá)后，根據(jù)航攝任務(wù)情況收集并分析測(cè)區(qū)資料數(shù)據(jù)，開展實(shí)地踏勘工作，選定無人機(jī)的起降位置。

2.2 航線設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)圖方法、儀器設(shè)備、成圖比例尺和成圖精度等設(shè)計(jì)航線，航線設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面：①重疊度：地形起伏、飛機(jī)飛行狀態(tài)及航高等對(duì)重疊度均有影響，規(guī)范規(guī)定無人機(jī)航向重疊度60%～80%，旁向重疊度15%～70%。②航攝高度：根據(jù)成圖比例尺與航攝比例尺的關(guān)系，設(shè)計(jì)合適的行高。③航攝基準(zhǔn)面：航攝區(qū)內(nèi)的地形高低起伏，無人機(jī)的航攝面應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的平均高程確定航攝基準(zhǔn)面高度。④除以上設(shè)計(jì)參數(shù)之外，還應(yīng)進(jìn)行像移量和曝光時(shí)間設(shè)定。

2.3 測(cè)區(qū)劃分及航線敷設(shè)

航攝區(qū)面積大、地形條件復(fù)雜時(shí)，應(yīng)對(duì)航攝區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，航攝分區(qū)應(yīng)遵循以下原則：①分區(qū)界線與圖廓線盡量一致；分區(qū)內(nèi)地物景物反差、地貌類型盡量一致。②分區(qū)內(nèi)地形高差一般小于1/4H相，當(dāng)航攝比例尺大于1/7000時(shí)，應(yīng)小于1/6H相。③應(yīng)考慮飛機(jī)的側(cè)方和前方的安全距離及安全高度。④航線敷設(shè)時(shí)盡量保證東西方直飛；首末航線應(yīng)布設(shè)于測(cè)區(qū)邊界上或邊界外旁向覆蓋超出界線一般不少于像幅的50%；航向兩端應(yīng)超出測(cè)區(qū)各不少于一條基線。

2.4 像控點(diǎn)布設(shè)及相控點(diǎn)測(cè)量

低空無人機(jī)航空攝影與傳統(tǒng)航空攝影相比，無人機(jī)航攝有IMU、DGPS的輔助，能夠提供高精度的差分POS數(shù)據(jù)，精確曝光時(shí)的坐標(biāo)位置。像控點(diǎn)布設(shè)可適當(dāng)放寬，但應(yīng)避免像主點(diǎn)落水，在遇到航攝區(qū)域凹凸拐點(diǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)地形條件布設(shè)平高點(diǎn)，當(dāng)有構(gòu)架航線時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少相控點(diǎn)數(shù)量。

像控點(diǎn)的施測(cè)包括平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量，控制測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)在等級(jí)控制網(wǎng)基礎(chǔ)上分級(jí)布設(shè)，平面控制網(wǎng)可采用GNSS靜態(tài)相對(duì)定位法、GPS-RTK法。高程控制點(diǎn)測(cè)量可采用GPS水準(zhǔn)高程擬合法和水準(zhǔn)測(cè)量法。

2.5 航攝實(shí)施與數(shù)據(jù)預(yù)處理

航攝實(shí)施前，應(yīng)進(jìn)行設(shè)備的安裝調(diào)試，主要包括飛行平臺(tái)的組裝、任務(wù)荷載設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)的檢查調(diào)試。檢查調(diào)試完成，導(dǎo)入設(shè)計(jì)好的航線數(shù)據(jù)后進(jìn)行航攝作業(yè)。作業(yè)期間，作業(yè)人員應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控航攝系統(tǒng)。

航攝作業(yè)完成，傳輸存儲(chǔ)航攝數(shù)據(jù)，并對(duì)航攝數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查處理。航空攝影質(zhì)量檢查包括航攝過程質(zhì)量和航攝成果質(zhì)量控制檢查。飛行質(zhì)量檢查主要內(nèi)容包括傾斜角、旋偏角、航線彎曲度、重疊度等。影像質(zhì)量檢查主要包括影像色調(diào)是否均勻、反差是否適中、色彩飽和度及清晰度能否滿足要求。數(shù)據(jù)處理前應(yīng)對(duì)影像進(jìn)行輻射糾正和畸變糾正，對(duì)影像進(jìn)行勻光調(diào)色處理。

2.6 航帶處理與空三加密

航空攝影飛控系統(tǒng)記錄的是每張航攝照片的空間大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)（B，L，H）和姿態(tài)數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為航攝影像的物方坐標(biāo)，通過影像中心偏轉(zhuǎn)角β將航攝照片按航帶分帶計(jì)算完成后，利用共線方程計(jì)算相應(yīng)的地面坐標(biāo)，得到每張影像視場(chǎng)范圍FOV，根據(jù)FOV計(jì)算像對(duì)重疊度，根據(jù)重疊度確定像對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系構(gòu)建航測(cè)區(qū)域網(wǎng)。

現(xiàn)階段無人機(jī)航攝主要采用的是GNSS/POS輔助空中三角測(cè)量解算，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)載POS系統(tǒng)能直接獲取每張航攝相片的外方位元素，能大幅度減少地面控制點(diǎn)誤差造成區(qū)域網(wǎng)平差的影響。但無人機(jī)容易受到氣流的影響，POS數(shù)據(jù)的誤差會(huì)影響網(wǎng)平差的精度，所以適當(dāng)增加重疊度可提高同名像點(diǎn)的匹配數(shù)量從而提高解算精度[2]。

根據(jù)無人機(jī)航空攝影的討論，影響空中三角測(cè)量精度的主要因素包括控制點(diǎn)精度、航攝像片分辨率、平差解算精度以及測(cè)量精度等四個(gè)方面，因此應(yīng)保證像控點(diǎn)的高精度和可靠性，選擇合適的平差方法可避免像控點(diǎn)的測(cè)量粗差傳遞到空三解算中。另外，影像分辨率與像元大小、航攝高度相關(guān)，降低航攝高度有利于空三精度的提高。

3 航空攝影測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)

在礦山修復(fù)治理方面，線劃圖尤為重要，傳統(tǒng)的測(cè)量手段生產(chǎn)效率低、作業(yè)難度大、生產(chǎn)成本高、測(cè)繪產(chǎn)品精度低等因素制約礦山地形圖的生產(chǎn)，低空無人機(jī)攝影測(cè)量和EPS三維測(cè)圖以快速靈活、高效高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)提高礦山地形圖的生產(chǎn)。其主要技術(shù)流程包括數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖的生成、內(nèi)業(yè)采編、外業(yè)調(diào)繪和修補(bǔ)測(cè)、成果輸出和精度評(píng)定等四個(gè)過程。

4 工程案例分析

4.1 航攝區(qū)域概況

項(xiàng)目位于貴州省安順市某礦區(qū)，航攝面積約1KM2，地勢(shì)由西北向東南傾斜，南北長約1KM，東西寬約0.9KM。測(cè)區(qū)內(nèi)最高海拔1509米，最低海拔1409米，高差約100米，適合采用無人機(jī)航攝作業(yè)。飛馬D200無人機(jī)航攝系統(tǒng)主要參數(shù)見表1、表2。

表1 飛馬D200無人機(jī)主要參數(shù)表

表2 飛馬D200無人機(jī)荷載模塊參數(shù)表

4.2 航攝參數(shù)設(shè)計(jì)和航攝實(shí)施

根據(jù)航攝區(qū)域數(shù)據(jù)和航攝設(shè)備設(shè)計(jì)航攝參數(shù)。測(cè)區(qū)面積小，地形情況良好，飛馬D200無人機(jī)航攝系統(tǒng)具有高精度IMU慣導(dǎo)系統(tǒng)，可獲取高精度POS數(shù)據(jù)，測(cè)區(qū)布設(shè)10個(gè)像控點(diǎn)，2個(gè)檢查點(diǎn)。航攝基準(zhǔn)面1459m，飛行高度340m，航向重疊80%，旁向重疊70%，預(yù)計(jì)地面平均分辨率為6.5cm。

測(cè)區(qū)內(nèi)有城市E級(jí)控制點(diǎn)，采用網(wǎng)絡(luò)RTK采集相控點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，保證測(cè)回間平面坐標(biāo)分量較差不超過2cm,垂直坐標(biāo)分量較差不超3cm，取10測(cè)回結(jié)果平均值作最終觀測(cè)成果。

4.3 數(shù)據(jù)處理

空三加密解算結(jié)果顯示基本定向點(diǎn)平面殘差1.03cm，高程殘差0.8cm；檢查點(diǎn)平面殘差4.25cm，高程殘差2.1cm，滿足《低空數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量規(guī)范CH/Z 3003-2010》規(guī)范要求?？罩腥菧y(cè)量質(zhì)量報(bào)告見圖1。

圖1 相控點(diǎn)空中三角測(cè)量解算精度表

將解算完成的傾斜三維模型導(dǎo)入北京清華三維EPS成圖軟件，按照國家1:1000地形圖成圖要求完成線劃圖的矢量化工作。矢量化數(shù)據(jù)成果見圖2。

圖2 矢量化地形圖數(shù)據(jù)采集圖

按規(guī)范要求完成全測(cè)區(qū)地形圖矢量化工作，對(duì)內(nèi)業(yè)無法判讀的區(qū)域進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)判。最后進(jìn)行修改整飾、檢查完成測(cè)區(qū)1:1000數(shù)字正射影像圖的成圖工作。

經(jīng)野外采集特征點(diǎn)與模型特征點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)比，平面點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為0.107m，高程中誤差為0.09m，滿足《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果CH/T 9008.1-2010》1:1000地形圖平面點(diǎn)位中誤差0.6m；高程中誤差0.5m的規(guī)范要求。

5 結(jié)論

文章對(duì)無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的闡述，采用飛馬D200無人機(jī)在礦山地形圖中測(cè)量中的運(yùn)用可以得出低空無人機(jī)航空攝影測(cè)量配合三維測(cè)圖軟件能高效高質(zhì)量的完成礦山大比例數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)。在實(shí)際的航空攝影生產(chǎn)作業(yè)中應(yīng)充考慮測(cè)區(qū)地形、地貌情況選擇合適的無人機(jī)航攝系統(tǒng)，相控點(diǎn)均勻布設(shè)，增加航攝重疊度等措施有利于提高空三加密精度。