無人機航測效率和質(zhì)量改進技術(shù)研究

羅德海

摘要：無人機航空攝影測量技術(shù)是城市建設(shè)事業(yè)發(fā)展的重要助力。它不但可以提高測量的總體效率，而且還可以促進整個城市建設(shè)事業(yè)發(fā)展的有序進行，也可以促進到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市規(guī)劃、氣候和公共服務(wù)等各個方面的正常秩序。然而，當(dāng)前我國航空攝影測量技術(shù)的現(xiàn)狀情況來看，仍存在許多不足之處，限制了測繪工程管理項目實施的現(xiàn)代化步伐。因此，提高無人機的航測效率與質(zhì)量改進的研究是實施測繪工作中的首要任務(wù)。

關(guān)鍵詞：無人機;航測;效率;質(zhì)量改進;技術(shù)研究

引言：

隨著科技進步和社會發(fā)展，我國攝影測量技術(shù)大大提高。鑒于無人機空中測量具有實時、高效、智能的特點，其在測量困難地區(qū)的區(qū)域地形圖中可以發(fā)揮重大作用，更可以迅速截取高清圖像。而如何提高無人機航測的效率和質(zhì)量一直是測繪行業(yè)的兩大難題。本文從無人機航測的系統(tǒng)組成出發(fā)，對無人機相機設(shè)備、飛行平臺和航飛條件三個方面的現(xiàn)狀水平進行分析，得出了限制無人機航測效率和質(zhì)量的關(guān)鍵，并針對這些問題提出了具體的技術(shù)改進對策，在實際工作中取得了良好的效果。

1.無人機航測系統(tǒng)構(gòu)成

無人機航空測量系統(tǒng)由無人機、飛行監(jiān)視器控制設(shè)備、圖像采集設(shè)備、數(shù)字傳輸設(shè)備、圖形傳輸設(shè)備、地面接收終端、數(shù)字攝影儀測量站和無人機地面遙控設(shè)備等部分構(gòu)成[1]。在進行收集數(shù)據(jù)的過程中，一旦圖像被曝光，飛行控制系統(tǒng)就會開始對各個主點在曝光時刻所發(fā)生的的地址、形態(tài)、圖像參數(shù)進行采集，這些信息會通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和圖片傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)降孛嫔系脑O(shè)備。在完成線路規(guī)劃后，通過對圖形數(shù)據(jù)進行預(yù)先處理，驗證數(shù)據(jù)是否正確，并參照沒通過的數(shù)據(jù)采取補飛或重飛措施。

2、無人機航測效率和質(zhì)量現(xiàn)狀水平

2.1相機設(shè)備

相機設(shè)備本身的像素情況與圖像的質(zhì)量密切相關(guān)。如像素越大，圖像就越清晰，像素越小，圖像就越模糊。因此，在實施無人機空中測試時，需要充分考慮攝像機設(shè)備本身的像素情況，并從根本上保證圖像的質(zhì)量和效果。相機設(shè)備的對焦曝光時間與圖像的清晰度密切相關(guān)，因此在正式的導(dǎo)航測試之前，需要與相機設(shè)備的對焦和曝光時間調(diào)整相結(jié)合。如果環(huán)境照明條件較差，應(yīng)盡可能延長曝光時間，以提高圖像的清晰度。相機設(shè)備本身的失真也會損害到拍攝圖像的清晰度，所以在進行航空測試前一定要準(zhǔn)確地調(diào)整相機設(shè)備。

2.2無人機平臺

雖然無人機空中試驗具有良好的優(yōu)勢，但尚未達到完美狀態(tài)，仍存在許多問題。首先，機身不太穩(wěn)定。由于大多數(shù)無人機的結(jié)構(gòu)比較小，其承受性比較弱，容易受到大氣壓沖擊的影響。不同形態(tài)的變動相比傳統(tǒng)的航空測量更靈活，更易操作。航空帶布局不合理，重疊角度波動非常明顯。其次，影像幅度雖然小，但數(shù)量大。無人機常攜帶非測量型單反相機，為了能夠全面保留區(qū)域中的信息，我們可以利用改進航向和橫向重疊來確保[2]，因此會導(dǎo)致成像區(qū)域的數(shù)量增加，往往對控制工作的發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。以上條件對無人機的空中測量效果會有不同的影響，從而影響空中測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。只有通過以后的專業(yè)軟件改進計算過程，確保計算精度，才能有效避免影響無人機平臺對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.3航飛條件

無人機的飛行時間需要結(jié)合環(huán)境狀況和天氣等進行選擇。盡量避免表面罩影響到拍攝效果，所以盡可能挑選最優(yōu)的飛行季節(jié)。是否擁有充足的光線一般由航區(qū)的太陽高度和角度決定。當(dāng)整個地區(qū)高層建筑密集，或有陡峻的山坡，高度相差太明顯時，通常在下午2點飛行。飛行高度影響著實際的地面分辨率，飛行高度越高，地面的分辨率參數(shù)越小，拍攝圖像的清晰程度越低。

3、提高無人機航測效率和質(zhì)量的技術(shù)研究

3.1設(shè)備選型

第一，當(dāng)植被稀疏時，選擇焦距離最短的攝像機，因為飛行高度相同時，單一圖像現(xiàn)場覆蓋面積大，同一面積路線和圖像數(shù)量少，飛行攝影效率高;第二，根據(jù)地形波動和航飛高度范圍選擇相機焦距，其中地形波動相對較大，也就是攝影主光軸垂直表面的地形波動，即測量區(qū)域內(nèi)地面傾角為40°的非起伏坡度，當(dāng)路線方向和路線間坡度與試驗區(qū)一致且主軸與表面垂直時，試驗區(qū)的相對波動為零;第三，選擇具有RTK功能的無人機。無人機航測圖像應(yīng)清晰且對比度適中，能辨別適合地面分辨率的小物體，能創(chuàng)建真切的三維模型，且無云煙和光反射等等。曝光時飛機地面速度影響引起的圖像點位移通常都小于1.5像素，拼接圖像不能明顯模糊、有陰影或錯位。當(dāng)具有RTK功能的無人機在曝光點的高精度POS數(shù)據(jù)采集圖像時[3]，由于曝光點的三維坐標(biāo)可以作為圖像控制點，因此利用該設(shè)備可以實現(xiàn)無圖像控制點或較少圖像控制點。

3.2相片的重疊設(shè)置和選取

在滿足質(zhì)量要求的前提下，努力提高飛行高度和減少橫向重疊，可以很好地減少航片的數(shù)量，提高運行效率。根據(jù)圖像分辨率要求設(shè)定飛行高度，天宮無人機空中試驗系統(tǒng)100m地面分辨率為3cm[4]，照片路線可以通過將橫向重疊設(shè)置為70%來滿足后期處理要求。質(zhì)量控制、飛前飛后數(shù)據(jù)覆蓋完整性檢查要求數(shù)據(jù)后期處理前刪除浪費掉的劣質(zhì)照片，減少圖像匹配冗余和匹配時長;空三刺點應(yīng)選擇清晰的目標(biāo)照片，避免單個圖像的邊緣飛行失真，會影響匹配的正確性。

3.3攝影分區(qū)

航拍照片是地面場景的中心投影構(gòu)象，地面場景的正投影就是地圖。如果同時要求平面和照片的級別，那么兩個投影效果是相同的;但地球表面的波動會導(dǎo)致成像點的偏差，飛行過程中無人機平臺的波動會導(dǎo)致照片的垂直度發(fā)生變化。因此，盡量選擇晴天拍攝航拍照片，而且飛行姿勢要保證非常平穩(wěn)，這樣才能提升成片率和坐標(biāo)系中的像素平面質(zhì)量;當(dāng)高差大于試驗區(qū)相對飛行高度的1/4時，應(yīng)對設(shè)計航路進行分區(qū)才能縮小投影基準(zhǔn)面引起的投影誤差程度。導(dǎo)航攝影分區(qū)界線要與圖紙輪廓一致;該段地形高度差不大于1/6。如果地形高度差符合而且可以保證路線徑直的話，分區(qū)跨度應(yīng)盡可能大，充分覆蓋整個照片區(qū)域。當(dāng)?shù)孛娓卟钭兓瘯r，攝影分區(qū)在地面形狀特征明顯或有特殊要求時可以進行劃分。

結(jié)語：

無人機具有機動性強、靈活高效、操作成本低、應(yīng)用場景覆蓋率高、生產(chǎn)時間短等優(yōu)點。無人機與測量的結(jié)合使無人機航空攝影測量成為大規(guī)?？罩袦y量的技術(shù)解決方案。數(shù)字航空攝影測量法可以經(jīng)過改進算法來提升圖像匹配和模型的準(zhǔn)確性，為后續(xù)模型生產(chǎn)提供更好的幾何質(zhì)量、更豐富的效果和更全面的地理信息。傳統(tǒng)的地形測量所需人員多，費時且低效。對無人機航測技術(shù)進行研究發(fā)現(xiàn)對設(shè)備選型、對相片進行重疊設(shè)置與選取并劃分航拍攝影分區(qū)可以實現(xiàn)質(zhì)量的改進，而且大大提高了效率。

參考文獻

[1]向松波.無人機航測精度提高與應(yīng)用分析[J].地理空間信息，2020，18（07）：38-40+69+6.

[2]張榮輝.低空無人機航測數(shù)據(jù)精度影響因素分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2019（21）：32.

[3]李勝才，李禺，陳尚云.無人機航測效率和質(zhì)量改進技術(shù)研究[J].水電站設(shè)計，2020，36（04）：41-46.

[4]趙大華.無人機航測技術(shù)及其應(yīng)用分析[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（30）：255-256.