朱建華，李　磊，武　堅(jiān)，武利峰，王歷明

（61243部隊(duì),甘肅蘭州730020）

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探討利用無人機(jī)影像測制1∶1萬3D產(chǎn)品

朱建華，李磊，武堅(jiān)，武利峰，王歷明

（61243部隊(duì),甘肅蘭州730020）

摘要：：無人機(jī)具有機(jī)動性強(qiáng)、獲取數(shù)據(jù)快和可以低空飛行的特點(diǎn)，以甘肅某測區(qū)為例，介紹其影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)1∶1 萬3D（DEM、DOM、DLG）產(chǎn)品的過程，探討了成果精度，并提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);3D產(chǎn)品;成果精度

1　概述

無人飛行器低空遙感系統(tǒng)（Unmanned Aerial Vehicle Low Altitude Remote Sensing System，UAVRS）是以無人機(jī)為攝影平臺[1]，以CCD相機(jī)(charge-coupled device camera)為影像數(shù)據(jù)獲取工具，飛行高度為2000m左右，能夠獲取高分辨率影像的航空攝影測量系統(tǒng)[2]。通常由飛行平臺、成像載體、地面監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、綜合保障等部分組成[3]，具有低成本、輕便靈活、無需專用機(jī)場支持等特點(diǎn)[4]。目前，利用UAVRS所獲得的高分辯率影像能夠取得多種地形圖產(chǎn)品[5]。本文就無人機(jī)數(shù)據(jù)后處理工序的生產(chǎn)與應(yīng)用，談?wù)剬o人機(jī)影像作業(yè)的思考及建議。

2　試生產(chǎn)應(yīng)用情況介紹

筆者單位在甘肅某機(jī)場進(jìn)行了多次實(shí)飛作業(yè)，并對所獲取的影像進(jìn)行了后續(xù)處理。成果為1∶1萬的3D（DEM、DOM、DLG）產(chǎn)品?，F(xiàn)以測區(qū)試生產(chǎn)為例展開討論。

2.1測區(qū)概況及所獲取的影像數(shù)據(jù)

測區(qū)位于甘肅西部，地形由平地過度到山地，平均海拔1300m，平均高差約200m，區(qū)內(nèi)以沙漠、戈壁為主，植被少，有少量建筑物。作業(yè)區(qū)域的地理情況適用無人機(jī)飛行，實(shí)飛過程中獲取影像數(shù)據(jù)為11條航線，288張影像。除小部分影像模糊，個別區(qū)域影像旁向重疊度低小于35%外，影像質(zhì)量總體良好，符合1∶1萬地形圖成圖要求。

2.2攝影測量試生產(chǎn)情況

試生產(chǎn)采用吉威公司編寫的軟件DPS3.0（Digtal Photograppy System），按照攝影測量內(nèi)外業(yè)作業(yè)流程，生成三種測繪產(chǎn)品，分別為數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）[6-7]。作業(yè)總體流程具體如圖1所示。

圖1　無人機(jī)影像處理生產(chǎn)作業(yè)流程圖

2.3成果精度分析

此次作業(yè)利用GPS RTK技術(shù)野外實(shí)測26個像片控制點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行區(qū)域測量控制平差解算。所取得的空中三角測量和3D產(chǎn)品的成果精度，見表1。

表1　成果精度統(tǒng)計(jì)表(單位：m)

根據(jù)表1成果精度分析，可以得出：該型無人機(jī)測繪系統(tǒng)可以滿足比例尺為1∶1萬測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2.4作業(yè)情況分析

1）影像前期檢查及處理。由于無人機(jī)在空中作業(yè)時，受氣流影響較大，造成原始影像變形較大，同時，鑒于無人機(jī)空中姿態(tài)的原因，個別影像出現(xiàn)模糊情況，給影像前期檢查及處理效率造成一定的困難，較常規(guī)航空數(shù)字影像處理效率低20%～30%。

2）空中三角測量。在進(jìn)行空三加密時。利用26個控制點(diǎn)進(jìn)行控制網(wǎng)平差解算，分為“初始構(gòu)網(wǎng)、自由網(wǎng)平差、連接點(diǎn)精確匹配、自由網(wǎng)平差、刺點(diǎn)與控制網(wǎng)平差”等步驟。由于軟件采用由粗到細(xì)，由少到多，逐步精確的方式進(jìn)行全自動連接點(diǎn)匹配，完成全自動匹配的連接點(diǎn)不僅數(shù)量多，而且分布均勻，有效保證了空三成果精度和穩(wěn)定性，且該匹配技術(shù)對測區(qū)形狀、大小、影像質(zhì)量要求較低。因此，所需的工時比傳統(tǒng)加密方式減少約一半的工作量。

3）數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型作業(yè)。數(shù)字高程模型采用“DEM預(yù)處理，自動DSM/DEM匹配，DEM合并”等步驟。數(shù)字正射影像采用“自動規(guī)劃，正射糾正，自動勻光勻色，鑲嵌線自動匹配，鑲嵌成圖”等步驟。從生產(chǎn)過程來看，與航空影像數(shù)據(jù)處理相比該軟件自動化程度較高，整體效率較高。

4）數(shù)字線劃圖作業(yè)。由于無人機(jī)所搭載的測量型相機(jī)像幅過小，為36mm×48mm，致使數(shù)據(jù)的采集效率低，進(jìn)度慢。比有人航攝數(shù)據(jù)采集所需時間多3倍以上（在地貌，地物和作業(yè)員熟練情況大致相同時）。后續(xù)編輯、入庫、出圖所需工時基本一致。

3　提高無人機(jī)測繪系統(tǒng)軟硬件的建議

結(jié)合前期作業(yè)的實(shí)際情況和特點(diǎn)，認(rèn)為在無人機(jī)影像數(shù)據(jù)在獲取與處理方面可以進(jìn)行改進(jìn)，以提高其應(yīng)用效率和范圍。

1）提高相機(jī)像幅，減少像片數(shù)量。此型無人機(jī)搭載的相機(jī)像幅為36mm×48mm,在航高2500m航攝時，某地區(qū)100km2區(qū)域內(nèi)需獲取300張左右影像，造成片像數(shù)量大，預(yù)處理工作量大，影像重疊度大，建議加大相機(jī)的像幅，以減少數(shù)片數(shù)量。

2）穩(wěn)定無人機(jī)空中飛行姿態(tài)，確保影像重疊度達(dá)到作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于無人機(jī)體積小，抗氣流等能力弱，造成空中姿態(tài)變化大，在飛機(jī)平穩(wěn)狀態(tài)下航帶間偏移量較大，容易產(chǎn)生航攝漏洞。同一條航帶高差最大80m，平均40m左右。同時兩條相鄰間航帶由于風(fēng)速和風(fēng)向的原因，造成影像航向、旁向重疊度不夠，利用常規(guī)作業(yè)軟件基本無法完成后續(xù)空三測量計(jì)算等作業(yè)。因此飛行作業(yè)前期的準(zhǔn)備工作要充分、細(xì)致，將不利氣候條件影響降到最小。

3）提高無人機(jī)POS參數(shù)（定位定向參數(shù)）精度?，F(xiàn)無人機(jī)所搭載的相機(jī)POS參數(shù)是利用GPS（全球定位系統(tǒng)）與IMU（慣性測量裝置）相結(jié)合的方式確定，由于IMU參數(shù)精度不高，造成定位參數(shù)誤差過大。在飛行穩(wěn)定的情況下，成果影像最大平面誤差約為40m左右，平均誤差25m左右。飛機(jī)受氣象因素干擾時，會出現(xiàn)誤差過大，無法解算POS數(shù)據(jù)。建議采用精度高的POS系統(tǒng)。

4）提高空中數(shù)據(jù)傳輸速度以方便影像實(shí)時檢查。由于影像數(shù)據(jù)量過大，航拍數(shù)據(jù)不能實(shí)時傳輸下載至數(shù)據(jù)處理單元，有一定的時間延遲。造成不能實(shí)時人工檢查影像質(zhì)量，不能及時發(fā)現(xiàn)航攝漏洞及其他影像質(zhì)量問題，造成飛行成果生成滯后。建議加大數(shù)據(jù)傳輸流量與速率。

4　小結(jié)

對于無人機(jī)數(shù)據(jù)處理功能的拓展，主要是受無人機(jī)硬件技術(shù)上的不足所影響，難以在短期內(nèi)解決。特別是無人機(jī)由于體積小，自重輕，空中抗干擾能力差這一先天不足對獲取影像造成的影響是前期無法解決的。這些都對后續(xù)處理提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn):

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中圖分類號：P318.63