多旋翼無人機在大比例條帶狀工程航測中的應用

□浙江省第一測繪院 田毅清

近年來，隨著無人機技術、信息技術的快速發(fā)展，無人機測繪的應用越來越廣泛。與傳統(tǒng)測繪相比較，無人機測繪具有結構簡單、操縱靈活、使用成本低、反應快速的特點，可以高效率地獲取到高分辨率、大比例尺和高現勢性的影像。目前，測繪行業(yè)使用的多旋翼無人機可以在空中旋停，作業(yè)靈活，對于面積較小、比例尺較大、測繪面積比較特殊（如條帶狀）、需要人員較少的作業(yè)項目來說，能有效地利用其成本低、精度高的優(yōu)勢。本文以臺州市交通建設項目展示平臺為例，闡述多旋翼無人機在本項目中從獲取影像到內業(yè)解算、輸出1 ∶500DOM 的實施過程。

一、項目概況與無人機平臺

（一）項目概況

臺州交通項目管理平臺所含的市交通建設項目展示平臺是根據交通管理工作需求，通過影像、全景、多媒體多種手段全方位展示項目的實施進度。項目要求每三個月對臺州市境內主要交通干道工地進行影像采集以確定施工進度。

（二）無人機平臺

本次作業(yè)采用的無人機平臺為大疆精靈4 Pro RTK 四旋翼無人機。起飛重量1391 克，飛行速度小于10米/秒，相機等效焦距24 毫米，照片分辨率5472×3648 像素，重疊度大于60%，相對航高365 米，地面分辨率10 厘米，支持北斗衛(wèi)星定位形同高精度RTK 定位。

（三）技術路線

二、無人機航測作業(yè)流程

（一）航線規(guī)劃

▲ArcGIS航線規(guī)劃

在外業(yè)作業(yè)開始前，首先需要對整個項目的多條航線在ArcGIS 中進行預規(guī)劃。由于本次作業(yè)測區(qū)為條帶狀，而小型多旋翼無人機由于單次作業(yè)面積有限，所以采用分段航線規(guī)劃和分段航攝作業(yè)。單架次飛行大約1.5 千米長，以道路中心為中心兩邊各100 米寬。航線規(guī)劃完成后，將航線導入無人機的航線規(guī)劃系統(tǒng)中。

（二）實地勘察和布設像控點

航測作業(yè)前，外業(yè)作業(yè)人員需要對施工作業(yè)區(qū)域進行實地勘察，查看飛行區(qū)域內有無對飛行產生影響的地物或地貌，為航線規(guī)劃提供依據。由于筆者所在單位建設有浙江省衛(wèi)星導航定位基準系統(tǒng)，可提供實時厘米級的高精度定位服務，并據此配置無人機的RTK 參數。

▲控制點布設

由于施工區(qū)域存在海洋灘涂、高山等干擾地物，為了提高成圖精度，需要在測區(qū)內布設地面控制點。本次作業(yè)像控點布設在施工道路兩側，約每2000 米一對，航線首末端上下兩控制點布設在通過像主點且垂直于方位線的直線上，上下一對點確定布設在同一立體像對內?？刂泣c采用CGCS2000 坐標系統(tǒng)，中央經線120°E，高程采用1985 國家高程基準，平面及高程精度為2 厘米。

（三）航攝作業(yè)

布設完控制點后，設置無人機飛行高度365 米，精度10 厘米，航向重疊度70%，旁向重疊度60%等作業(yè)參數，進行飛行拍攝。飛行過程中需實時監(jiān)測無人機的高度、速度、電量、飛行拍攝軌跡、溫度、風速等，操作人員要根據各種實時狀況做出相應的操控，保證無人機的正常作業(yè)。若遇到電力不足的情況需先行返航，更換電池后繼續(xù)作業(yè)。

（四）航攝質量檢查

航攝作業(yè)完成后，外業(yè)人員要在現場對作業(yè)數據進行檢查。檢查所拍照片數量與飛行軌跡是否與規(guī)劃航線一致；檢查有無拍攝效果不好的照片，有無遮擋像控點的照片。如果存在質量問題，要進行重飛或補飛。

三、內業(yè)作業(yè)流程

（一）空中三角測量

本項目采用Pix4Dmaper 軟件進行空三加密。在軟件上導入像機參數和控制點成果，通過自動匹配相關影像產生自動匹配點。為保障平地區(qū)域的高程注記點精度，加密時應利用一些位置較好的外業(yè)路面的實測點高程加入計算及檢查。在像片上量測外業(yè)控制點后，光束法平差，并輸出加密成果。

（二）DOM制作

內業(yè)作業(yè)員利用空三成果數據生成DEM，然后將影像數據、加密成果導入，由軟件自動完成像對定向。再利用軟件的正射影像制作功能，以像片為單位，按照每個像對的范圍，以像主點為中心，片片糾正，生成單片正射影像。再進行勻光、拼接、圖幅裁切和正射影像輸出，最后生成影像文件*.tif 和影像定位信息文件*.tfw。

（三）正射影像修飾

影像輸出后，應對影像進行適當調整，使影像清晰，色彩柔和，反差適中，幅與幅之間無明顯色差。影像陰影過長，密度過大，并已掩蓋相鄰景物的區(qū)域，應進行陰影和密度處理。影像反差過大，造成色彩不柔和，反差過小，影響景物判別，應進行反差調整。

（四）DOM數據整理建庫

提交入庫的DOM 數據為TIFF格式數據，影像定位信息文件*.tfw。開始入庫前，必須核定該數據所在投影帶、覆蓋區(qū)域坐標范圍、分辨率、格式等是否正確，精度是否符合項目設計書規(guī)定。入庫應創(chuàng)建*.GDB格式數據庫文件，然后在其中按照不同的時間、分辨率創(chuàng)建柵格鑲嵌數據集（Mosaic Dataset）。將DOM分幅數據分別導入到對應的柵格鑲嵌數據集中。

四、結語

無人機測量平臺在專業(yè)測繪領域發(fā)展迅速，結合了RTK 技術的多旋翼無人機在大比例尺條帶狀航測環(huán)境下，具備精度高、使用靈活、需要操作人員少等特點。隨著無人機和北斗導航定位技術的不斷發(fā)展，多旋翼無人機航測的精度會有更大提升，也將得到更廣泛的應用。