張 旭

(黑龍江省第一地質(zhì)工程勘察院,黑龍江 牡丹江 157011)

影響無人機(jī)航測(cè)成圖精度的因素及應(yīng)用

張 旭

(黑龍江省第一地質(zhì)工程勘察院,黑龍江 牡丹江 157011)

隨著測(cè)繪領(lǐng)域的不斷發(fā)展，新的科學(xué)技術(shù)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)，給整個(gè)測(cè)繪工作帶來巨大的變革。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，并應(yīng)用到很多領(lǐng)域。無人機(jī)測(cè)繪具有方便靈活、高效便捷、精度高、作業(yè)準(zhǔn)確、消耗成本低、適應(yīng)范圍廣泛、測(cè)繪周期短等特點(diǎn)。在無人機(jī)航測(cè)過程中也會(huì)受到外界多方面因素的干擾，影響無人機(jī)航測(cè)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

無人機(jī)航測(cè)成圖；測(cè)量精度；實(shí)際應(yīng)用

1 無人機(jī)航測(cè)成圖的興起

無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)從上世紀(jì)末就引進(jìn)到中國(guó)。該技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，有著優(yōu)越的特性。經(jīng)過十多年的飛速發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)成熟，并走出實(shí)驗(yàn)室，各大測(cè)繪廠商瞄準(zhǔn)其前景，投入巨資參與研發(fā)并進(jìn)入了批量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用階段。

2 無人機(jī)航測(cè)的組成部分

與傳統(tǒng)航測(cè)飛機(jī)相比，以勁鷹1型汽油航測(cè)航拍無人機(jī)為例，它具有成本低廉及飛控人員安全、飛行費(fèi)用低、機(jī)動(dòng)靈活、功能多樣化、任務(wù)展開速度便捷及超視距自動(dòng)駕駛等優(yōu)勢(shì)，所以，用勁鷹1型汽油航測(cè)航拍無人機(jī)作為載體發(fā)展航測(cè)解決方案有非常強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。勁鷹1型汽油航測(cè)航拍無人機(jī)航測(cè)解決方案主要為飛行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈、地面控制及數(shù)據(jù)處理四個(gè)部分。

2.1 飛行系統(tǒng)

飛行系統(tǒng)主要是載機(jī)、動(dòng)力、控制系統(tǒng)、能源供給以及拍照系統(tǒng)。載機(jī)部分：選擇固定翼飛機(jī)作為載機(jī)，它具備高穩(wěn)定、高抗風(fēng)、場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)；動(dòng)力部分：通過航模動(dòng)力為油動(dòng)以及電動(dòng)，油動(dòng)載重大，長(zhǎng)航時(shí)、長(zhǎng)航程，續(xù)航能力強(qiáng)，因此，選擇油動(dòng)作為載機(jī)動(dòng)力源；控制系統(tǒng)部分：控制系統(tǒng)包括手動(dòng)遙控以及自動(dòng)駕駛。手動(dòng)遙控主要負(fù)責(zé)人為干預(yù)起飛以及降落環(huán)節(jié)，避免了自動(dòng)起飛以及降落帶來未知的影響，在航測(cè)場(chǎng)地的選擇上極其靈活，使用效率高于自起降無人機(jī)。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)從起降場(chǎng)地到測(cè)區(qū)之間以及測(cè)區(qū)內(nèi)按預(yù)設(shè)航點(diǎn)飛行的控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)包括空速計(jì)和GPS等輔助傳感器。

2.2 數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)鏈包括載機(jī)部分以及地面站部分，用途是將飛行姿態(tài)傳送回地面站，將地面站預(yù)設(shè)航點(diǎn)任務(wù)和調(diào)試數(shù)據(jù)傳給載機(jī)飛控系統(tǒng)。

2.3 地面控制

控制系統(tǒng)采用和飛機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)配套的軟件，負(fù)責(zé)測(cè)區(qū)任務(wù)設(shè)置、飛控參數(shù)的調(diào)試參數(shù)準(zhǔn)備。

2.4 數(shù)據(jù)處理

飛行數(shù)據(jù)的格式用軟件自由轉(zhuǎn)換，適應(yīng)不同的處理方案，可根據(jù)精度不同和產(chǎn)品的差異選擇軟件及處理方案。根據(jù)客戶對(duì)測(cè)繪產(chǎn)品的需求選擇處理方案，在控制成本方面有較大的優(yōu)勢(shì)。

3 影響無人機(jī)航測(cè)成圖精度的因素

3.1 像控點(diǎn)設(shè)置是否合理

在利用無人機(jī)進(jìn)行航測(cè)過程中，像控點(diǎn)的設(shè)置是否科學(xué)合理，對(duì)后期航測(cè)成像質(zhì)量的高低有直接的影響，因此，在無人機(jī)航測(cè)之前一定要科學(xué)保證像控點(diǎn)設(shè)置的科學(xué)性和合理性。一般情況下，每次航測(cè)都要設(shè)置5個(gè)以上的像控點(diǎn)，對(duì)于地形復(fù)雜，變化較大的地區(qū)以及植被茂盛，容易被覆蓋的地區(qū)要增加像控點(diǎn)，如果不能做到上述要求，無人機(jī)航測(cè)過程中很可能會(huì)出現(xiàn)飛行覆蓋不全面，翹曲現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致航測(cè)數(shù)據(jù)不精確，影響到航測(cè)的質(zhì)量。

3.2 航測(cè)圖像質(zhì)量因素

在利用無人機(jī)航測(cè)過程中，影響無人機(jī)航測(cè)圖像質(zhì)量的因素有天氣因素和機(jī)器本身因素的影響，天氣因素主要是在無人機(jī)航測(cè)過程中遇到風(fēng)雨、大霧、霧霾等天氣。當(dāng)外界風(fēng)速達(dá)到一定程度后，會(huì)影響無人機(jī)的正常飛行。一般瞬時(shí)風(fēng)速超過5級(jí)之上就應(yīng)該考慮停止航測(cè)。大風(fēng)造成無人機(jī)不能平穩(wěn)飛行，導(dǎo)致所拍攝的照片扭曲度變大，使圖像變得模糊，無法在有限的時(shí)間內(nèi)完成航測(cè)任務(wù)。機(jī)器本身因素主要是相機(jī)像素和曝光時(shí)間不理想。像素主要取決于機(jī)器本身，通常無法更改，而曝光條件受到當(dāng)天光照的影響，當(dāng)光線條件不好時(shí)，應(yīng)盡量增加曝光時(shí)間。

3.3 重疊率

重疊率是提高圖像連接點(diǎn)的重要保障，但是，為了最大程度的節(jié)省飛行時(shí)間和擴(kuò)大航測(cè)區(qū)域，技術(shù)人員都會(huì)調(diào)低相應(yīng)的重疊率。重疊率變低后每個(gè)地區(qū)物點(diǎn)會(huì)有少量航片出現(xiàn)，技術(shù)人員在提取相應(yīng)連接點(diǎn)時(shí)選擇性會(huì)變少，相片的連接點(diǎn)變少，勢(shì)必會(huì)影響飛機(jī)照片的清晰度，導(dǎo)致連接粗糙，使連接點(diǎn)平差結(jié)構(gòu)變?nèi)酢?/p>

3.4 飛行高度因素

無人機(jī)航測(cè)高度主要影響航片中每一個(gè)像素點(diǎn)的大小，無人機(jī)飛行高度的變化會(huì)影響到航片相幅的大小，通常情況下，無人機(jī)距離地面高度低，每個(gè)像素的實(shí)際數(shù)值也就會(huì)越小，航片的精確度會(huì)越高。同時(shí)，針對(duì)地形變化較大的地面，選擇適合飛行的高度對(duì)提高無人機(jī)航測(cè)的精確度也有很大的影響。

4 無人機(jī)航測(cè)在生活中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)航測(cè)技術(shù)趨于成熟，先進(jìn)的測(cè)繪無人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，在新農(nóng)村建設(shè)和土地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)管以及執(zhí)法、國(guó)家土地整理規(guī)劃、農(nóng)村土地征地拆遷等方面的應(yīng)用越來越成熟。

4.1 在水利工程和道路工程建設(shè)前期規(guī)劃中的應(yīng)用

無人機(jī)航測(cè)能夠?yàn)樗こ毯偷缆饭こ糖捌诮ㄔO(shè)提供高清的影像資料，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較高，能基本滿足水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和道路工程科學(xué)研究以及初步階段的圖像要求。此外，利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)還能開展生態(tài)監(jiān)測(cè)工作。按照國(guó)家生態(tài)建設(shè)的相關(guān)規(guī)劃和要求，各地區(qū)和各部門都需要通過快速手段對(duì)各地區(qū)的信息進(jìn)行全面而動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)為上述工作的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。作業(yè)前需要設(shè)置像控點(diǎn)，一般采用網(wǎng)狀分布設(shè)置，在航測(cè)范圍內(nèi)選擇合適的地點(diǎn)作為像控點(diǎn)，對(duì)于水利和公路建設(shè)，一般沿著河道和公路兩旁地面較平坦的地區(qū)設(shè)置。在地勢(shì)多變地區(qū)要多設(shè)置幾個(gè)像控點(diǎn)。航線網(wǎng)布點(diǎn)要確保航線收尾端上下的控制點(diǎn)設(shè)置在主點(diǎn)且垂直于方向線的直線上，確保上下點(diǎn)在同一個(gè)立體位置內(nèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)的航線使用無人機(jī)進(jìn)行攝影，確保各個(gè)區(qū)域之間有效重疊，選擇在晴朗、無風(fēng)、透明度高的時(shí)間段進(jìn)行。在相應(yīng)的平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再經(jīng)過相應(yīng)轉(zhuǎn)換直接生成DWG數(shù)據(jù)。

4.2 在農(nóng)村土地調(diào)查工作中的應(yīng)用

采用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)農(nóng)村地區(qū)的土地分布，違法占地行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)和依法查處，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段對(duì)農(nóng)村土地資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)違法行為，及時(shí)采取措施。無人機(jī)航測(cè)接受土地調(diào)查指令后，基于相應(yīng)的公眾服務(wù)平臺(tái)開展航測(cè)規(guī)劃，結(jié)合DEM對(duì)航線進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，選擇和設(shè)計(jì)方案符合的無人機(jī)飛行平臺(tái)開展航空攝影，獲取相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)材料。獲取影像材料之后，技術(shù)人員對(duì)影像材料現(xiàn)場(chǎng)檢查，檢查內(nèi)容包含拍攝覆蓋完整性檢查，重疊度檢查，影像像素檢查，精確度檢查。對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，形成攝區(qū)DEM、鑲嵌影像圖像，結(jié)合相控測(cè)量技術(shù)形成攝區(qū)正射影像圖等。結(jié)合電子版數(shù)據(jù)對(duì)農(nóng)村土地進(jìn)行全面調(diào)查，數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)繪制整理之后形成紙質(zhì)底圖，供現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查使用。

5 結(jié)語(yǔ)

采用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)之后，測(cè)繪手段得到了極大的改善，測(cè)繪效率更加豐富多樣。相信未來的測(cè)繪工具會(huì)發(fā)展得越來越好。

[1] 溫玉維.輕型無人機(jī)低空攝影測(cè)量在電力工程中的應(yīng)用[J].低碳世界，2017，(18)：77-78.

[2] 于影，吳年新.淺析無人機(jī)在小面積測(cè)繪中的應(yīng)用[J].江西測(cè)繪，2017，(02)：50-51.

[3] 曾文波,曾惠良.無人機(jī)在邵陽(yáng)市房產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用[J].測(cè)繪，2014，(01)：82-83.

[4] 王軍鋒，喬明，魏育成，等.無人機(jī)機(jī)載SAR在地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2016，(05)：47-49.

The factors affecting the accuracy of unmanned aerial vehicle mapping and its application

ZHANG Xu

(Heilongjiang First Geological Engineering Survey Institute, Mudanjiang 157011, China)

With the continuous development of the field of surveying and mapping, the new science and technology has gradually replaced traditional technology, which has brought great changes to mapping work. UAV aerial testing technology has characteristics of convenience and flexibility, efficiency and convenience, high precision, accurate operation, low cost of consumption, wide applicable range and short mapping period. There will also be subject to external factors of interference, which will affect the accuracy and scientificity of UAV mapping.

Unmanned aerial vehicle aerial surveying; Measurement accuracy; Practical application

2017-04-15

張旭(1994-)，男，助理工程師。

V279

A

1674-8646(2017)12-0144-02