聶曉松

重慶市勘測(cè)院

1 無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)分析

相較于傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量，無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量主要有四方面的優(yōu)勢(shì)：一是無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)及其搭配的航攝設(shè)備價(jià)格較低，維修成本也較為低廉；二是無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的設(shè)備便于攜帶，且運(yùn)行方式靈活多樣，垂直起降的無(wú)人機(jī)選取起降場(chǎng)地時(shí)幾乎不受自然環(huán)境和地形地勢(shì)的影響；三是無(wú)人機(jī)具有低空飛行的優(yōu)勢(shì)，能夠在較為合適的高度進(jìn)行航拍，航攝相片畫(huà)質(zhì)清晰具有較高分辨率；四是無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量生產(chǎn)周期短，能滿足各種不同的需求，尤其是在小范圍測(cè)區(qū)內(nèi)獲取信息具有明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。

同時(shí)，兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)也制約著無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的發(fā)展:一是目前民用無(wú)人機(jī)的研發(fā)仍以安全飛行作為最重要的參考指標(biāo)，大多數(shù)廠商的無(wú)人機(jī)使用常規(guī)鋰電池提供發(fā)動(dòng)機(jī)能源，因此續(xù)航能力較差，單架次航飛的影像覆蓋面小，不適合大范圍的航攝；二是由于無(wú)人機(jī)的載重有限，大多數(shù)民用無(wú)人機(jī)都無(wú)法搭載專業(yè)的測(cè)繪相機(jī)，導(dǎo)致航測(cè)精度受到較大影響。

2 影響無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量精度的因素

2.1 航攝像片

航攝像片是整個(gè)無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的基礎(chǔ)，因此航攝像片的質(zhì)量直接影響著無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的精度。無(wú)人機(jī)航攝像片的質(zhì)量主要與以下幾方面有關(guān)：一是影像重疊度，無(wú)人機(jī)在某一航線中航行，相鄰影像出現(xiàn)重疊情況，被稱為航向重疊，而對(duì)相鄰航線的重疊，被稱為旁向重疊。根據(jù)國(guó)家航攝測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，航向重疊度規(guī)定值在65%左右，最小也應(yīng)當(dāng)大于53%，而旁向重疊應(yīng)保持在35%以內(nèi)，且大于15%；二是無(wú)人機(jī)受到外界因素影響會(huì)出現(xiàn)偏航的現(xiàn)象，航帶彎曲度越大則越難保證影像的重疊度；三是航高的保持，若無(wú)人機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)間按照預(yù)定的航高進(jìn)行飛行作業(yè)，則航攝像片的質(zhì)量就會(huì)越高，反之則越低[2]；四是相機(jī)質(zhì)量的影響，相機(jī)物鏡存在較大的色差以及畸變差，因此，不同的相機(jī)拍攝得到的影像具有不同的幾何變形，且不同的相機(jī)具有不同的分辨率，分辨率越高，拍攝的影像越清晰，影像質(zhì)量越高；五是云霧、光照等外界因素的影響，若航攝得到的照片出現(xiàn)云霧遮擋、曝光過(guò)度或者曝光過(guò)弱看不清楚影像，均需要對(duì)航攝照片進(jìn)行重新采集。

2.2 像控點(diǎn)

像控點(diǎn)成果的好壞對(duì)無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的質(zhì)量和效率有著至關(guān)重要的影響，其質(zhì)量主要受到以下兩方面因素的影響：一是像控點(diǎn)布設(shè)的合理性，由于無(wú)人機(jī)航攝像片的畫(huà)幅比較小，像片數(shù)量比較多，需要大量外業(yè)像控點(diǎn)的支持，因此只有合理地布攝像控點(diǎn)，才能保證航攝測(cè)量的精度以及節(jié)約人力物力；二是像控點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確性，在合理布設(shè)的基礎(chǔ)上，還需要通過(guò)GPS等常用測(cè)量工具對(duì)象控點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確量測(cè)，使其精度符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的數(shù)據(jù)處理工作主要包括空三加密、影像圖制作、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集、編輯、外業(yè)調(diào)繪等。目前市場(chǎng)上的大多數(shù)軟件在空三加密及影像圖制作方面都實(shí)現(xiàn)了半自主處理功能，只需人工做少量的干預(yù)，其中最重要的就是需要作業(yè)人員準(zhǔn)確無(wú)誤地將正確的像控點(diǎn)成果通過(guò)刺點(diǎn)的方式反饋于處理軟件[3]。而對(duì)于內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的采集、編輯以及外業(yè)調(diào)繪等步驟流程，則與作業(yè)人員的能力水平相關(guān)，往往能力強(qiáng)水平高的作業(yè)人員能生產(chǎn)出更高質(zhì)量的無(wú)人機(jī)航測(cè)成果。

3 無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量?jī)?yōu)化措施

針對(duì)以上分析的無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量目前的缺點(diǎn)以及影響無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量精度的各種因素，主要從無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)、航攝作業(yè)過(guò)程、像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量三方面提出優(yōu)化的方法與建議。

3.1 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)基本構(gòu)成（見(jiàn)圖1）包括飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、地面保障設(shè)備七大部分。其中飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)及任務(wù)設(shè)備對(duì)無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的精度及效率影響最大。

圖1 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)基本構(gòu)成

部分項(xiàng)目對(duì)無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間和航飛里程有著較高的要求，因此需要對(duì)無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，以提高其整體的性能。未來(lái)無(wú)人機(jī)的發(fā)展方向一定是長(zhǎng)航時(shí)高續(xù)航，當(dāng)前針對(duì)這一要求我國(guó)已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，一些制造企業(yè)生產(chǎn)的無(wú)人機(jī)使用氫燃料電池，產(chǎn)品既能夠做到小巧輕便，又能夠做到長(zhǎng)航時(shí)高續(xù)航，大大提高了無(wú)人機(jī)的作業(yè)效率，因此測(cè)繪作業(yè)隊(duì)伍需要及時(shí)購(gòu)買引進(jìn)新型無(wú)人機(jī)提高工作效率。

飛行控制系統(tǒng)由導(dǎo)航子系統(tǒng)和飛控子系統(tǒng)構(gòu)成，是無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵核心系統(tǒng)之一，相當(dāng)于無(wú)人機(jī)的大腦。導(dǎo)航子系統(tǒng)可以向無(wú)人機(jī)提供所選定的參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)沿指定航線安全、準(zhǔn)確地飛行，而飛控子系統(tǒng)則對(duì)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)全權(quán)控制與管理，是無(wú)人機(jī)完成起飛、空中飛行及執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵。優(yōu)化飛行控制系統(tǒng)的程序算法，可以使無(wú)人機(jī)獲得更加精準(zhǔn)的定位信息以及高度、速度、姿態(tài)等信息，從而讓無(wú)人機(jī)更加平穩(wěn)地按照指令執(zhí)行飛行任務(wù)，有利于無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)更加安全地獲取高質(zhì)量的航攝像片。

目前無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)搭載的任務(wù)設(shè)備大多是普通數(shù)碼相機(jī)，相較于測(cè)量相機(jī)，其影像畸變較大且檢校結(jié)果不穩(wěn)定，可建立三維控制場(chǎng)，及時(shí)檢校無(wú)人機(jī)航攝前后的相機(jī)畸變參數(shù)，通過(guò)提高相機(jī)畸變參數(shù)的精度解決該問(wèn)題。除此之外，單純使用數(shù)碼相機(jī)作為傳感器在工作過(guò)程中將會(huì)極大地受到天氣因素的影響，且只能對(duì)地表物體光學(xué)成像，無(wú)法獲取地面以下或遮擋物以下的信息，因此需要根據(jù)作業(yè)任務(wù)的各種不同需求，合理選擇不同類型的傳感器，如熱紅外傳感器、雷達(dá)、多光譜傳感器等[4]。

3.2 航攝作業(yè)過(guò)程

在進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)時(shí)，盡量選擇晴朗的天氣，首先是充分考慮測(cè)區(qū)內(nèi)障礙物的高度，并根據(jù)測(cè)繪精度要求，設(shè)置好飛行航高，保證飛行安全以及航片質(zhì)量要求；其次應(yīng)是綜合考慮作業(yè)時(shí)間、作業(yè)需求，合理設(shè)置航向及旁向重疊度，建議可適當(dāng)增大重疊度的設(shè)置，以防止無(wú)人機(jī)由于偏航或航高的起伏變化導(dǎo)致重疊度不夠的情況發(fā)生；再次還需根據(jù)天氣情況、無(wú)人機(jī)飛行速度等，合理設(shè)置所搭載相機(jī)的快門速度、感光度、光圈大小等參數(shù)，才能避免航攝像片出現(xiàn)拉花拖影、曝光過(guò)度或者黑暗模糊等影響相片質(zhì)量的情況；最后在無(wú)人機(jī)航飛結(jié)束之后，應(yīng)打開(kāi)相機(jī)，對(duì)所采集的航攝像片進(jìn)行逐一檢查，檢查是否有不符合質(zhì)量要求的照片，并根據(jù)其數(shù)量及涉及區(qū)域大小進(jìn)行評(píng)估是否需要重新航飛采集。

無(wú)論是多旋翼無(wú)人機(jī)還是固定翼無(wú)人機(jī)，都存在航飛速度慢、搭載相機(jī)的畫(huà)幅小的問(wèn)題，因此無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的作業(yè)效率一直備受詬病，但多頻無(wú)線測(cè)控技術(shù)的發(fā)展使得采用多架無(wú)人機(jī)共同協(xié)作進(jìn)行航測(cè)作業(yè)成為現(xiàn)實(shí)。在同一測(cè)區(qū)內(nèi)，對(duì)每架無(wú)人機(jī)進(jìn)行不同的航測(cè)區(qū)域及任務(wù)分工，在保證安全的情況下，多架無(wú)人機(jī)同時(shí)進(jìn)行航飛作業(yè)。這樣的操作方式，縮短了影像的獲取時(shí)間，大大地提高了無(wú)人機(jī)航測(cè)的作業(yè)效率，且極大地保障了測(cè)區(qū)影像的完整性。

3.3 像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量

為保證無(wú)人機(jī)航攝的精度和效率，進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量時(shí)需要嚴(yán)格遵循以下原則：一是需保證像控點(diǎn)在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布，宜布設(shè)在航向及旁向6片或5片重疊范圍內(nèi)，并保證像控點(diǎn)在相鄰相片中都清晰；二是為提升航測(cè)的精度，需在航線的首尾航帶及航帶的首尾航片等位置布攝像控點(diǎn)，但不能太靠近影像邊緣；三是像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)盡量選擇空曠地帶的明顯地物，且還需其在航攝像片上清晰，便于判刺和立體測(cè)量；四是遇到不規(guī)則測(cè)區(qū)時(shí)，需合理地均勻增加像控點(diǎn)，以保證航測(cè)精度[5]；五是為了保證測(cè)得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤以及方便后期處理，需在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象控點(diǎn)位進(jìn)行拍照存檔并立馬在航攝像片上進(jìn)行判刺；六是像控點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量完畢后需要專人對(duì)所有測(cè)量的像控點(diǎn)進(jìn)行逐一檢查，剔除不符合質(zhì)量要求的像控點(diǎn)，并提出需重測(cè)的像控點(diǎn)點(diǎn)位。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析研究了無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)以及影響無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量精度的因素，并針對(duì)無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量存在的短板及問(wèn)題，提出了提高航測(cè)精度與效率的優(yōu)化措施和建議。雖然無(wú)人機(jī)航攝測(cè)量存在一定的不足，但是突出的優(yōu)點(diǎn)仍讓其在測(cè)繪領(lǐng)域中占有重要的地位。相信技術(shù)人員通過(guò)不斷地努力和研究，一定能解決制約無(wú)人機(jī)航測(cè)發(fā)展的各種難題，不斷優(yōu)化無(wú)人機(jī)航測(cè)的技術(shù)方法及軟硬件系統(tǒng)，使其為我國(guó)地理信息行業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。