無人機航測技術(shù)在航道工程中的應(yīng)用

張新亮

摘 要：現(xiàn)階段，隨著科技的進步和社會的發(fā)展，我國攝影測量技術(shù)得到了大幅提高。鑒于無人機輕型化、便捷化和智能化的特點，無人機航測在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取以及小區(qū)域地形測量方面具有高效、直觀等顯著優(yōu)勢。本文通過具體案例，論述了提高無人機航測精度的方法;并通過與傳統(tǒng)方法的對比，論述了無人機航測的高效性和測繪產(chǎn)品的多樣性。

關(guān)鍵詞：無人機航測技術(shù);航道工程;應(yīng)用

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步，在航道工程建設(shè)施工中各種新型技術(shù)有了更為廣泛的應(yīng)用。無人機航測技術(shù)在航道工程當(dāng)中的應(yīng)用，能夠全方位的測量以及處理工程中的數(shù)據(jù)信息，工作人員需要明確無人機航測技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵點，運用合理的應(yīng)用方法，從而確保無人機航測技術(shù)能夠發(fā)揮最大效用。

1 精度提高的方法與影像匹配

1.1 提高數(shù)據(jù)采集精度的經(jīng)驗性做法

無人機航測的精度取決于很多方面，其中原始照片的好壞將決定項目能達到的最好效果。在外業(yè)采集過程中，選擇較好的天氣、做好相機的調(diào)校尤為重要。

1.2 減小投影誤差增強航片幾何屬性

航攝相片為地面景物的中心投影構(gòu)像，而地圖是地面景物的正射投影，當(dāng)?shù)孛婧拖嗥鶉?yán)格水平時，兩種投影結(jié)果是等效的;但地球表面起伏將引起像點位移，無人機平臺飛行過程中的波動會引起相片傾斜。因此，盡量選擇晴朗無風(fēng)的天氣條件進行航拍，以增強相片的判讀性和保證飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性，從而提高相片坐標(biāo)系下的像素點平面精度;在高差大于1/4相對航高的測區(qū)需分區(qū)進行航線設(shè)計，以減少由投影參考面變化造成的投影誤差。

1.3 像控布設(shè)優(yōu)化提高平差精度

空中三角測量是基于地面像控點坐標(biāo)，利用后方交會原理計算得到相片的內(nèi)方位元素和外方位元素;再基于立體像對中的內(nèi)外方位元素和像點坐標(biāo)，利用前方交會原理計算得到對應(yīng)的地面坐標(biāo)。因此，平坦地區(qū)應(yīng)均勻分布像控點，高差大的測區(qū)要加密像控點，這樣區(qū)域網(wǎng)約束平差后的坐標(biāo)值更趨近于實際值，從而提高像點對應(yīng)的地面坐標(biāo)精度。

1.4 相片的重疊設(shè)置和選取

在滿足精度要求的前提下，盡量提高航飛高度和減少旁向重疊能很好地減少航片數(shù)、提高作業(yè)效率。根據(jù)影像分辨率要求設(shè)置航飛高度，天寶無人機航測系統(tǒng)100 m航高的地面分辨率為3 cm，相片航向、旁向重疊度設(shè)置為70%即可滿足后處理要求。在質(zhì)量控制方面，應(yīng)做好飛行前檢查以及飛行后數(shù)據(jù)覆蓋完整性檢查;數(shù)據(jù)后處理前應(yīng)剔除多余的質(zhì)量差的相片，以減少影像匹配的繁冗度和匹配時間;空三刺點應(yīng)選取目標(biāo)清晰的相片，避開單幅影像的邊緣，從而避免因航片畸變差而影響匹配的正確性。

2 人機航測技術(shù)在航道工程中的應(yīng)用

2.1 無人機航測技術(shù)工作流程

首先需要針對測量區(qū)域進行全面的踏勘并且收集相關(guān)的資料數(shù)據(jù)，隨后便是設(shè)計航測技術(shù)以及設(shè)置航空攝像的各項工作內(nèi)容，針對像片控制的具體測量工作中，通過全數(shù)字化空中三角基本算法，最后的步驟就是完成數(shù)據(jù)的采集以及檢驗檢測成果。

2.2 校驗數(shù)碼相機

數(shù)字相機存在的誤差問題主要包括了光學(xué)誤差與機械誤差，或者是電學(xué)誤差。其中機械誤差與電學(xué)誤差屬于數(shù)字相機所特有的誤差類型，與傳統(tǒng)光學(xué)相機之間存在一定的不同之處?？紤]到數(shù)字相機具備的特征，需要采取分步驟的方式完成數(shù)碼相機的整體檢校。第一，通過三維DLT的有效變換，采取直接線性的相應(yīng)變換系數(shù)以及像點坐標(biāo)的畸變相應(yīng)改正系數(shù)來進行交替迭代的有效計算，從而分步求解出內(nèi)外方位的各個元素。第二，在空間直線的在像平面基礎(chǔ)上的影像屬于直線的基本原理，利用相同的方式計算畸變參數(shù)的具體初值，構(gòu)建糾正隨機性畸變差的基本糾正格網(wǎng)，便能夠完成數(shù)碼相機的校驗。

2.3 規(guī)劃飛行航線

航線規(guī)劃屬于采集遙感信息之間的重要準(zhǔn)備工作，為航空攝影提供重要的技術(shù)指導(dǎo)，應(yīng)當(dāng)充分地考慮到作業(yè)的范圍與地形特點，還有精度要求與相機參數(shù)等各個因素，不僅需要確保質(zhì)量，還應(yīng)當(dāng)保證設(shè)計的最優(yōu)化。在規(guī)劃飛行航線的時候，需要重點檢查的內(nèi)容主要包括了航線走向的整體合理性，是否存在主點落水等各種問題。檢查區(qū)域覆蓋的完整性與區(qū)域劃分的合理性，分區(qū)的地形高差等時候處于攝影航高的六分之一內(nèi)。檢查攝影基面的合理性以及航高的科學(xué)性，檢查地面的實際分辨率與像片的相應(yīng)重疊度等是否達到了相關(guān)的要求。完成了整條飛行航線的規(guī)劃之后，便需要針對攝區(qū)內(nèi)地面的最低分辨率以及像片的最小重疊度等進行重點的檢查。在攝影航高處于一定狀態(tài)下，同時航線中各個參數(shù)維持不變的時候，地面的最低分辨率普遍是在攝影區(qū)域當(dāng)中的最低位置，而像片最小重疊度則一般出現(xiàn)在攝影區(qū)域內(nèi)部的最高位置，為了能夠確保成圖的整體精度，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格的控制地面最低位置的分辨率以及地面最高位置的像片重疊度。

2.4 設(shè)置外業(yè)像片的控制點

首先是布設(shè)像控點，無人機的整個航片存在較大的重疊并且基線相對短，一般情況下，重疊范圍都是不規(guī)則的，所以，當(dāng)布設(shè)需要的外業(yè)各個控制點的時候，需要充分地考慮到航片內(nèi)部的具體情況。就目前低空性無人機相關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的經(jīng)驗而言，根據(jù)用圖單位的具體成圖要求，從而提出外業(yè)像控點的整體布設(shè)方案，GCP屬于地面平高的實際控制點。其次，針對像控點進行測量。當(dāng)針對像控點進行測量的時候，應(yīng)當(dāng)先進行測區(qū)當(dāng)中所收集到的全部已知的各個控制點的整體聯(lián)測，校驗控制點的實際情況。為了能夠達到后期對像控測量的需要，針對已知點進行連測時需要加密相應(yīng)制點。通過GPS的靜態(tài)定位方式完成聯(lián)測，運用邊連布網(wǎng)形式。計算出最弱點的實際點位誤差與最弱邊的實際相對誤差，檢查器是否符合相關(guān)像控測量的基本要求。

3 結(jié)語

航道測量屬于重要的民生工程，利用無人機航測技術(shù)來完成航道的測量，能夠最大程度上的提升測量工作的效率，特別是在大范圍或者測量人員沒有辦法無法到達的特殊區(qū)域的相應(yīng)測量工作中，工作效率超出了傳統(tǒng)的測量工作效率，同時無人機航測技術(shù)成本低、具備較高靈活性，因此具備極高的應(yīng)用價值與空間。無人機由于其自身特點，在內(nèi)河航道巡航領(lǐng)域應(yīng)用具有多方面的優(yōu)勢，其系統(tǒng)由動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等組成，可完成內(nèi)河航道等周邊環(huán)境復(fù)雜的地域執(zhí)行巡航任務(wù)。

參考文獻：

[1]繆興興，王進，趙偉娜，等.無人機在內(nèi)河航道巡航中的應(yīng)用[J].交通企業(yè)管理，2014（08）：35-36.

[2]管俊.內(nèi)河航道巡航中無人機的應(yīng)用[J].中國水運，2017，38（05）：23-24.

[3]唐露新，于麗敏，張宇維.民用無人機系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].機床與液壓，2018，46（05）：127-133.