摘要：研究工程勘察中使用无人机数码航空摄影系统测制地形图，通过实验分析出大比例尺地形图的最佳航测方法及能达到的精度。实验结果显示，在常规控制布点条件下，无人机航测作业使用单台普通数码相机所测图像比例尺在成像比例尺放大10倍范围内，平面精度完全可以满足要求，高程精度不达标，需进一步改进，采用五镜头倾斜航空摄影测量技术可以有效的提高高程精度，达到测量精度要求。
关键词：无人机；普通数码相机；摄影测量；精度
1、无人机航测的技术结构
无人机航测的技术结构主要由两大部分组成，即无人机飞行平台和高清摄像机。无人机具有一定的装载空间，可为高清摄像机和数据传输系统等提供装载平台，同时无人机还配置有飞行控制系统，可被地面控制单元远程控制。高清摄像机则负责收集地面信息，并通过数据传输系统将获取的信息传输至地面计算机。无人机的技术核心主要集中在飞行控制系统和地面控制系统。（1）飞行控制系统。该系统作为无人机航测技术的基础，通过地面控制单元的远程控制，利用GPS定位导航技术，可实时获取无人机的飞行位置、高度、速度以及接收地面控制信号等。飞行控制系统可使无人机达到测绘区域内的任意空域，从而获取全面的地面信息。（2）地面控制系统。该系统为操作人员提供了无人机的控制界面，可查看无人机的飞行参数，实现对无人机飞行状态的实时控制，使无人机按照事先制定好的飞行路线进行飞行，从而获取目标区域内的地形数据。
2、无人机航测的使用
2.1做好前期准备工作
无人机在地形地貌以及天气情况信息不明确的区域飞行时具有一定风险，可能造成无人机设备的损毁。因此，在使用无人机进行航测作业时应当注意事前做好观测区域的地形地貌信息的初步收集工作，制定好无人机的行进路线，防止无人机在复杂的地形环境中失控。同时在航测作业时也应注意当天的风力、风向、降水等天气参数，尽量不要在大风、降水以及大雾等天气进行航测作业，否则不仅增加了无人机的失控坠毁风险，也影响地形地貌信息的收集。
2.2航测作业过程中的使用
无人机在进行航测作业过程中到达目标区域时，应注意调整飞行姿态、摄像头的拍摄角度和焦距等，确保拍摄到的地形图片清晰，层次分明，色彩层级清晰度高，色差小，饱和度效果好，从而保证所收集到的地形数据信息真实可靠，这样才可作为后续地形图测绘工作的有效参考依据。
2.3后期数据处理
通常获得的地形地貌信息不能直接使用，需要进行进一步的分析处理，这样才能使图片上的地形信息更加直观易懂。地形图片信息的处理可通过相应的图像处理软件进行加工拼接，将各个像控点的坐标和图像信息按照实际的地形地貌拼接起来，以等高线为标准按照一定比例转化为土地利用现状图和项目区地图。
3、立体模型数据采集
立体模型是通过JX4-C（数字摄影测量工作站）以像对为单位经过空三加密建立的，可采集地物位置和高程点等地形数据。对所采集的地形数据对应的地物进行实地测量，表1是两组数据对比分析结果。
表1 航测地形平面及高程中误差（单位：m）
表1的数据可以看到平面精度均匀且理想，但高程精度理论估值为1.69σ0，实际实验结果相差甚远，表明普通数码相机的构像畸变残差影响较大，高程控制点布设采用量测相机基线跨度作业也无法消除普通数码影像系统误差对高程观测的影响。所以在该区域我们采用五镜头倾斜航空摄影测量方法进行实验，采用SWDC-5相机，倾角45°，下视相机和侧视相机焦距分别是50mm，80mm；飞行高度200m，旁向重叠度与航向重叠度分别为70%，60%；下视相机垂直摄影地面分辨率为0.06m，侧视相机远、近地点和中心点分辨率分别为0.06m，0.04m，0.03m；为保证数据精度裁切影像保留分辨率小于6cm的区域，同时保证裁切后的有效影像区域能够覆盖整个测区，采用Bentley生产的ContextCaptureCenter软件，三维测量的基础上自动构建三维模型具体流程为：导入影像→控制点刺点→增加连接点→空中三角测量→三维模型构建。在构建的三维模型上选取检验点50个均匀地分布在整个区域，对比这些点的模型坐标数据和GPSRTK实测坐标数据差值见表2。
表2模型精度评定
1）作业员通过立体模型采集的边界清晰，形态良好的建筑数据点的坐标数据精度与空三加密控制点坐标精度相当，可忽略观测误差，用作评价空中三角测量成果质量的独立检查点。2）1：2000地形图测绘要求图上地物点点位中误差在城市建筑区和平地丘陵地为±0.5mm对应实地±1m，在山地、高山地和设站施测困难的旧街坊内部图上为±0.75mm，对应实地±1.5m。本实验依据《1：500-1：2000地形图航空摄影测量规范》采用非量测相机航测1：2000地形图，平面精度见表1，满足规范要求，高程中误差根据地形情况不同要求中误差在0.16～1.3m之间，表1的实验检验结果显示误差太大，不满足精度要求，说明在构像质量上普通数码相机与量测用数码相机仍有明显差异。3）普通数码相机航测立体投影采用常规基高比，高程中误差超限，较之单台相机航测双拼或四拼机组更实用。4）多拼相机作业可改善单台普通数码相机航测像对覆盖面积小，航线和像对数量多的问题降低空三加密工作量。5）实验近似密集像控布点，平面精度均匀且理想，但高程精度理论估值为1.69σ0，实际实验结果相差甚远，表明普通数码相机的构像畸变残差影响较大，高程控制点布设采用量测相机基线跨度作业也无法消除普通数码影像系统误差对高程观测的影响；而采用五镜头倾斜航空摄影测量从表5的高程对比数据显示完全满足1：2000地形测量高程精度要求。但是五镜头倾斜航空摄影测量数据量大，数据处理相对复杂，所以对于高程精度要求较低的测图项目，在满足精度要求的前提下，单台普通相机测图更为经济便捷。
结束语
无人机航测技术以其独特的优势，具有广阔的发展前景，但其设备软件及技术流程和质量控制方面还有不足之处，需不断发展完善。
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论文作者:李隆鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/14
标签：无人机论文; 高程论文; 精度论文; 地形图论文; 地形论文; 作业论文; 测量论文; 《基层建设》2018年第30期论文;