陳小龍，王海濤，董快鴿

（1.西安迪飛科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018；2.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018）

0 引言

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量指利用無(wú)人機(jī)在航高1000 m以下進(jìn)行的數(shù)字航空攝影測(cè)量。主要應(yīng)用于：災(zāi)害應(yīng)急測(cè)繪、小范圍大比例尺地形圖測(cè)繪與更新、三維城市建模、文物考古與保護(hù)等方面。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)主要由飛行平臺(tái)、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)（飛控系統(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)備組成。飛行平臺(tái)主要指無(wú)人機(jī)的機(jī)體，如：固定翼、旋翼無(wú)人機(jī)等；任務(wù)設(shè)備主要指無(wú)人機(jī)所搭載的設(shè)備，如：數(shù)碼相機(jī)、光譜相機(jī)、傾斜鏡頭、雷達(dá)掃描儀等。

1 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的作業(yè)流程

1.1 主要步驟

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量的作業(yè)流程大致可分為控制測(cè)量、航空攝影、內(nèi)業(yè)加密、產(chǎn)品生產(chǎn)四個(gè)步驟。

圖1 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量作業(yè)流程圖

1.2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（1）相機(jī)檢校，由專業(yè)檢校廠商進(jìn)行檢校，在鏡頭發(fā)生松動(dòng)或影響空三精度的情況下，需要進(jìn)行檢校。

（2）航線設(shè)計(jì)，由無(wú)人機(jī)配套提供，既可進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，也可以進(jìn)行飛行控制。

（3）圖像處理：利用影像處理軟件進(jìn)行圖像糾偏。

（4）影像量測(cè)：專業(yè)軟件中同名點(diǎn)匹配，控制點(diǎn)刺點(diǎn)。

（5）空三加密：專業(yè)軟件進(jìn)行平差、計(jì)算外方位角。

（6）DEM提?。涸趯I(yè)軟件中將DSM模型中的建筑物、地表植被壓平。

（7）DOM生成：專業(yè)軟件生成正射影像。

（8）DLG生產(chǎn)：使用手輪、腳盤(pán)、測(cè)圖軟件完成線畫(huà)圖繪制、編輯。

2 無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

2.1 測(cè)區(qū)概況

某地?cái)M建水庫(kù)位于陜北地區(qū)，屬山地地形，溝壑山地錯(cuò)綜復(fù)雜，高程為900 m～1200 m之間，比高為300 m。測(cè)區(qū)縱向范圍為：擬建壩址軸線上游4.0 km，高程約1100 m處，下游2.7 km。橫向范圍為：壩肩至塬面以外10 m，高程約1100 m處。擬建庫(kù)區(qū)范圍三條支溝，常年流水，水深約0.1 m～0.5 m，其中兩條支溝交匯處下游0.3 km、2.0 km處分別有土壩、混凝土壩攔截蓄水，水深約1 m～6 m。各支溝可徒步進(jìn)入，測(cè)區(qū)溝深山高，溝底蜿蜒曲折，雖然植被以矮小灌木為主，但通視條件一般。

2.2 控制測(cè)量

測(cè)量采用“先像控后航測(cè)”的解決方案，西安1980掛靠獨(dú)立坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程系統(tǒng)，四等平面高程控制，聯(lián)測(cè)3個(gè)C級(jí)平面控制點(diǎn)、2個(gè)Ⅱ等高程點(diǎn)，埋設(shè)控制樁8個(gè)，嚴(yán)格按照《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（SL197-2013）執(zhí)行，全網(wǎng)共組成同步環(huán)40個(gè)，異步環(huán)60個(gè)，水準(zhǔn)線路長(zhǎng)度為26.9 km，實(shí)測(cè)閉合差為-70.0 mm，允許閉合差為±103.7 mm。選取均勻分布于測(cè)區(qū)的5個(gè)四等控制點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)求解，像控點(diǎn)測(cè)量、檢查點(diǎn)測(cè)量和斷面測(cè)量均采用此參數(shù)。

2.3 航空攝影

采用華測(cè)P310垂直起降電動(dòng)無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空攝影測(cè)量作業(yè)。

（1）航高設(shè)計(jì)：無(wú)人機(jī)搭載SonyA7RⅡ定焦單反相機(jī)，像幅大小 7952×5304 pixel，像元大小 4.52 μm，焦距 36.22 mm，成圖精度 1∶1000，地面分辨率（GSD）0.06 m,相對(duì)航高 450 m。

（2）航線設(shè)計(jì)：利用無(wú)人機(jī)地面控制軟件，設(shè)定航向重疊度80%，旁向重疊度60%?？紤]到航時(shí)安全，分2個(gè)架次共21條航帶進(jìn)行航攝。

（3）像控點(diǎn)布置：采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)法，共布設(shè)像控點(diǎn)23個(gè)，像控點(diǎn)布設(shè)應(yīng)盡量選擇在地勢(shì)平坦區(qū)域，避開(kāi)磚窯煙囪、垃圾桶、電線桿等地面明顯凸起物，一般用白石灰在地面布“十字絲”，便于無(wú)人機(jī)拍攝。航線及像控點(diǎn)布置如圖1所示，像控點(diǎn)布置圖如圖2所示。

圖1 航線像控點(diǎn)分布圖

圖2 像控點(diǎn)布置圖

（4）航飛數(shù)據(jù)檢查：下載POS和1180張影像數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)區(qū)影像快速拼接后，攝影面積33.87 km2，地形高度1019 m～1272 m，絕對(duì)航高1591 m～1603 m，依據(jù)《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》（CHZ 3004-2010）和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，飛行質(zhì)量滿足相應(yīng)要求。

（5）像控點(diǎn)測(cè)量：平面位置中誤差不超過(guò)圖上±0.1 mm，高程中誤差不超過(guò)1/10基本等高距。

2.4 外業(yè)調(diào)查調(diào)繪

（1）水工建筑物調(diào)查測(cè)量：對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)淤地壩、溢流壩壩頂高程、淤積面高程即臨水坡腳高程進(jìn)行調(diào)查測(cè)量，對(duì)抽水泵站管徑及位置進(jìn)行調(diào)查測(cè)量。

（2）地形圖調(diào)繪：依據(jù)拼接影像，結(jié)合測(cè)量范圍進(jìn)行實(shí)地調(diào)繪，主要調(diào)繪測(cè)區(qū)內(nèi)村莊名稱、房屋屬性、通訊線、電力線、道路材質(zhì)、交通橋等地物。調(diào)繪過(guò)程中根據(jù)需要采用GPS-RTK方法實(shí)測(cè)部分管線設(shè)施。

2.5 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

（1）影像糾偏：鏡頭正中間畸變最小，越到邊緣畸變?cè)酱?，結(jié)合相機(jī)檢校報(bào)告，采用專業(yè)軟件，對(duì)所采集像片進(jìn)行糾偏和格式轉(zhuǎn)換。

（2）空三加密：各類空三加密軟件使用步驟大同小異，基本都是按照“新建工程→導(dǎo)入數(shù)據(jù)→生成航帶→處理影像→提取同名點(diǎn)→刺點(diǎn)測(cè)量→平差解算→精度評(píng)估→建立模型”這幾個(gè)步驟[1]進(jìn)行。

（3）數(shù)據(jù)生產(chǎn)：使用專業(yè)軟件生成DEM、DOM等數(shù)據(jù)；借助立體眼鏡、手輪腳盤(pán)，使用航天遠(yuǎn)景、適普、JX4等線畫(huà)圖采集軟件，由專業(yè)采集人員完成線畫(huà)圖采集工作。數(shù)據(jù)生產(chǎn)成果如圖3、圖4所示。

圖3 正射影像圖

圖4 線畫(huà)圖采集成果

（4）編輯入庫(kù)：采集完的數(shù)據(jù)，需要導(dǎo)入常用的測(cè)繪數(shù)據(jù)編輯軟件（如CASS、曹Map、iData等）中進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯、屬性錄入、質(zhì)量的檢查，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化入庫(kù)。

2.6 精度評(píng)估

（1）模型精度：將部分檢查點(diǎn)導(dǎo)入到空三模型中，進(jìn)行模型精度評(píng)估，共導(dǎo)入152個(gè)檢查點(diǎn)，精度結(jié)果滿足要求，精度結(jié)果見(jiàn)表一。

（2）成果精度：對(duì)采集完的線畫(huà)圖進(jìn)行人工抽檢，數(shù)據(jù)精度達(dá)到1∶1000成圖精度。

表1 模型精度表

2.7 作業(yè)注意事項(xiàng)

（1）禁飛區(qū)域：無(wú)人機(jī)航測(cè)屬于低空飛行，應(yīng)避免軍事區(qū)和民航禁空區(qū)作業(yè)，國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)一些管制規(guī)定，可參照?qǐng)?zhí)行。

（2）無(wú)人機(jī)保險(xiǎn)：部分測(cè)量設(shè)備公司已經(jīng)與保險(xiǎn)公司合作，承擔(dān)無(wú)人機(jī)損失險(xiǎn)以及第三者責(zé)任險(xiǎn)，保障無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量作業(yè)安全。

3 結(jié)語(yǔ)

從無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用效果來(lái)看，其測(cè)量精度能夠基本滿足水利工程測(cè)量的要求，但應(yīng)用中也還存在以下問(wèn)題值得我們注意：

（1）無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量只是將大部分繁重的外業(yè)測(cè)量工作轉(zhuǎn)為內(nèi)業(yè)處理，因此人員和資金投入并沒(méi)有減少。

（2）測(cè)區(qū)中存在大面積水域，必須結(jié)合水下測(cè)量，才能將地形完整還原。

（3）等高線數(shù)據(jù)采集工作是制約整個(gè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)效率的主要因素，植被覆蓋少、模型精度高的測(cè)區(qū)，完全可以借助軟件自動(dòng)生成等高線。

（4）大面積測(cè)區(qū)不太適用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量，反倒會(huì)導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)增多，加大外業(yè)控制和內(nèi)業(yè)處理難度。

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但其在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用時(shí)間還不長(zhǎng)，具體項(xiàng)目中應(yīng)合理選擇技術(shù)方案，將無(wú)人機(jī)作業(yè)效率最大化。