楊忠濤

摘 要：無人機(jī)是在20世紀(jì)70年代所誕生的，早期主要是應(yīng)用于軍事活動(dòng)，后來其技術(shù)逐漸應(yīng)用到了科研與民用領(lǐng)域。在測(cè)繪領(lǐng)域中引用無人機(jī)技術(shù)，并將無人機(jī)技術(shù)與航空攝影測(cè)量技術(shù)結(jié)合，加上非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展，成為了測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)新方向。無人機(jī)航攝技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用過程中具有簡(jiǎn)便、靈活以及經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，因而這種技術(shù)逐漸受到了測(cè)繪領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。該次主要針對(duì)無人機(jī)航攝系統(tǒng)在測(cè)繪大比例尺地形圖中的技術(shù)路線進(jìn)行分析研究，同時(shí)針對(duì)無人機(jī)航攝系統(tǒng)的測(cè)繪成果進(jìn)行評(píng)估分析。

關(guān)鍵詞：無人機(jī) 航攝系統(tǒng) 測(cè)繪

中圖分類號(hào)：P231.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（c）-0062-02

大比例尺地形圖的傳統(tǒng)測(cè)繪過程中，主要是采用靜態(tài)GLASS測(cè)量技術(shù)，先布設(shè)首級(jí)控制網(wǎng)，接著采用GLASS RTK與全站儀結(jié)合來進(jìn)行碎部測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)繪方法是測(cè)繪人員到達(dá)各個(gè)測(cè)繪點(diǎn)，逐點(diǎn)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)繪，不僅進(jìn)度緩慢，部分險(xiǎn)峻的地形難度也很高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)航測(cè)是一種新型的低空遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有靈活性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高、成本低以及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于多云、多霧以及人力難以到達(dá)的地區(qū)，采用無人機(jī)航攝技術(shù)能夠更方便、準(zhǔn)確地完成地形的繪制，因此，這種技術(shù)也逐漸成為了繪制大比例尺地形圖的重要技術(shù)之一[1]。該次主要對(duì)無人機(jī)航攝系統(tǒng)的測(cè)繪特點(diǎn)以及在大比例尺地形圖中的測(cè)繪方法進(jìn)行分析，希望對(duì)我國(guó)的測(cè)繪工作有所幫助。

1 無人機(jī)航攝測(cè)繪的特點(diǎn)

1.1 像幅與基高比小

在傳統(tǒng)的航空攝影中一般都是采用23 cm×23 cm與18 cm×18 cm兩種規(guī)格的膠片，膠片的大小與像幅有直接聯(lián)系。無人機(jī)航攝系統(tǒng)中所使用的是非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，這種數(shù)碼相機(jī)的像幅大小通常僅為36 mm×24 mm，因此，在采用無人機(jī)進(jìn)行航攝工作時(shí)，像幅與基高比都會(huì)變小。同時(shí)因?yàn)閿?shù)碼相機(jī)所拍攝的像幅比較小，要拍攝完整體需要測(cè)繪的區(qū)域一般需要拍攝的量比較大，所以，在圖片處理過程中的工作量也會(huì)增大很多。

1.2 姿態(tài)不穩(wěn)定

無人機(jī)在進(jìn)行航攝作業(yè)的過程中，容易受到氣流的干擾，姿態(tài)不夠穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的航空攝影中一般是采用大型的飛機(jī)，大型飛機(jī)在飛行過程中不容易受氣流的影響。在相同的天氣狀況下，傳統(tǒng)航空攝影的姿態(tài)角一般在30 °以內(nèi)，航向的重疊度一般能夠達(dá)到60%，并且旁向的重疊度也只是達(dá)到30%。在小型無人機(jī)進(jìn)行航拍的過程中，姿態(tài)角一般能夠達(dá)到100 °甚至更大，為了保證航攝的質(zhì)量與圖像的精準(zhǔn)度，必須要航向的重疊度增加，一般航向的重疊度要達(dá)到70%～85%，而旁向的重疊度也要達(dá)到33%～55%[2]。

2 技術(shù)路線

2.1 航空攝影

采用無人機(jī)進(jìn)行航空攝影的過程中，需要硬件設(shè)備、影響處理系統(tǒng)以及信息分析系統(tǒng)，其中硬件設(shè)備主要包括無人機(jī)飛行平臺(tái)、無人機(jī)的飛行控制裝置、地面監(jiān)控系統(tǒng)、遙感任務(wù)設(shè)備、姿態(tài)采集系統(tǒng)以及任務(wù)設(shè)備穩(wěn)定裝置等；影像處理系統(tǒng)主要包括DEM、DOM以及影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等；信息分析系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)的提取分析、數(shù)據(jù)的管理與檢索等。在航拍時(shí)根據(jù)項(xiàng)目的相關(guān)要求以及成圖的比例尺來確定地面法分辨率，然后確定無人機(jī)的航高進(jìn)行航攝作業(yè)。

2.2 像片控制

在無人機(jī)航攝測(cè)繪大比例尺地形圖的過程中，像片的控制是其中的重要步驟，一般像控點(diǎn)在航線上需要進(jìn)行10～15條基線來布置，而旁向方面則安排2～4條基線進(jìn)行布設(shè)。通過布設(shè)像控點(diǎn)便能夠控制成圖的范圍，避免出現(xiàn)漏洞。在布設(shè)像控點(diǎn)的過程中盡量安排在航向與旁向中有5～6張的重復(fù)像片內(nèi)，布設(shè)結(jié)束后要繪制出相應(yīng)的布點(diǎn)示意圖進(jìn)行保存。在像片控制過程中，還需要進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量。像控點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量一般可以使用全站儀或者RTK等儀器來進(jìn)行測(cè)繪，根據(jù)地形圖的測(cè)繪要求來控制像控點(diǎn)的精度。

2.3 圖像預(yù)處理

無人機(jī)在航攝過程中所使用的數(shù)碼相機(jī)像幅比較小，因此需要良好的圖像預(yù)處理技術(shù)才能夠保證測(cè)量的精確度。一般沒有經(jīng)過處理的航攝影像畸變差都比較大，這些圖片很難在后續(xù)測(cè)量處理工作中應(yīng)用。在對(duì)拍攝的影像進(jìn)行空三加密前需要進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理來調(diào)整影像的畸變差。一般情況下都是無人機(jī)平臺(tái)上的數(shù)碼相機(jī)鑒定報(bào)告，采用DP Grid系統(tǒng)來調(diào)整影像的畸變差，DP Grid系統(tǒng)內(nèi)存有小像幅影像畸變差校正模塊，能夠快速調(diào)整無人機(jī)所拍攝的小像幅圖片畸變差[3]。

2.4 DEM與DOM制作

DEM的制作主要是根據(jù)預(yù)處理后的圖片對(duì)無人機(jī)航攝的原始影像進(jìn)行重樣采集先生成核線影像，接著DP Grid系統(tǒng)會(huì)對(duì)三維離散點(diǎn)自動(dòng)匹配而生成航攝區(qū)內(nèi)的DSM，將DSM自動(dòng)濾波之后就能夠生成DEM，剛生成的DEM會(huì)受到實(shí)際地形物以及人工操作的影響，實(shí)際的地形中包含了水體、樹木以及其他的陰影部分，因此還需要對(duì)DEM進(jìn)一步人工編輯來提升DEM的精準(zhǔn)度。

DOM會(huì)在DP Grid系統(tǒng)中自動(dòng)生成，一般DP Grid系統(tǒng)會(huì)將得到的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，接著進(jìn)行影像勻光與勻色處理、色調(diào)均衡處理、DOM鑲嵌處理以及DOM的糾正處理，最后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成初步DOM。系統(tǒng)自動(dòng)生成的DOM還需要經(jīng)過人工的進(jìn)一步編輯，比如DOM中的顏色需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，相關(guān)的線條也要經(jīng)過相應(yīng)的幾何處理，最后根據(jù)人工編輯處理后的DEM來糾正DOM，從而完成整個(gè)航攝區(qū)域的地形圖繪制。

3 實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

該次測(cè)繪主要針對(duì)山西某煤礦區(qū)域完成1∶2 000的地形圖更新測(cè)量，并且需要完成生產(chǎn)礦區(qū)內(nèi)1∶5 000的正射影像圖以及DEM，礦區(qū)的面積為20.981 4 km2，測(cè)繪的面積需要往外擴(kuò)大200 m，因此測(cè)繪的總面積為25.668 km2，項(xiàng)目按照國(guó)家統(tǒng)一的測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)完成。

3.2 影像成果

通過對(duì)該地形采用無人機(jī)航攝系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)路線測(cè)繪后，將最終處理后的影像交由專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行評(píng)估。通過評(píng)估后的結(jié)果為，無人機(jī)航攝系統(tǒng)所處理后的正射影像非常的清晰，且層次鮮明、反差適中，影像的色彩鮮艷且均勻，與實(shí)際地形中的地物色差層次基本一致，滿足了地形圖測(cè)繪中影像的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 地形圖成果質(zhì)量

在該次的無人機(jī)航攝過程中，主要是采用高程二次定向來完成航攝，這樣可以控制高程誤差、提升航測(cè)的精度。通過相應(yīng)的技術(shù)人員對(duì)繪制的地形圖評(píng)估發(fā)現(xiàn)，地形圖中的高程點(diǎn)位與數(shù)量都符合標(biāo)準(zhǔn)，且表達(dá)也很準(zhǔn)確，地形圖精度統(tǒng)計(jì)如表1所示，繪制地形圖的平面與高程精度全都符合1∶2 000的地形圖要求。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在測(cè)繪領(lǐng)域中可以應(yīng)用到越來越多的先進(jìn)技術(shù)，比如衛(wèi)星遙感技術(shù)、航空攝影技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及各種影像處理技術(shù)等，這些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)不斷在為測(cè)繪行業(yè)注入活力。通過該次的研究可以了解到，無人機(jī)航攝系統(tǒng)在大比例尺地形圖的繪制中有很大優(yōu)勢(shì)，所得到的測(cè)繪成果也能夠滿足地形圖測(cè)繪的相關(guān)要求。但無人機(jī)航攝系統(tǒng)在測(cè)繪過程中也有一定的缺陷，比如：測(cè)繪區(qū)域內(nèi)的地下管道、光纜等隱蔽設(shè)施，無人機(jī)在航攝時(shí)無法提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。因此建議在大比例尺地形圖的繪制中，可以通過無人機(jī)測(cè)繪與傳統(tǒng)測(cè)繪相結(jié)合的方式來進(jìn)一步提升地形圖的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 焦旭.航空攝影測(cè)量在礦區(qū)1∶2 000地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015（3）：105-109.

[2] 賴國(guó)琛.低空無人機(jī)數(shù)字航空攝影在大比例尺數(shù)字化地形圖中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2015（12）：71-72.

[3] 葉子偉.基于無人航攝制作小城鎮(zhèn)大比例尺DOM[J].地理空間信息，2015（5）：32-34.