中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司 云南昆明 650000
摘要：当前阶段，我国的信息化发展迅速，在加快数字化建设的同时，要求定期完成地理信息资料库的更新，并对当前的土地利用情况进行动态监测。在空间信息技术体系中，航空拍摄测量是重要的组成部分，近年来得到了世界各国的高度重视，因此我国也在该领域进行了一些探索和研究，并研制出很多相关的测量设备。由于传统航空摄影方式在天气条件和机场的影响之下，产生了工作周期长、成本高等劣势，进而限制了航空拍摄测量工作的开展。在此环境背景下，无人机摄影测量技术应运而生。文本主要对无人机摄影测量在玉溪至楚雄高速公路地形测绘1：2000地形图的应用进了分析。
关键词：无人机；摄影测量；地形图；分辨率；土地动态监测
随着科学技术的发展，无人机技术也在不断的完善和成熟。以无人机作为基础平台的航空摄影技术，应用优势越来越明显，无人机具有较为低廉的成本，结构简单，可轻松完成一系列有人驾驶的飞行执行任务。如危险区域遥感监测，侦探任务等等，其所拍摄的影像具有小面积、大小比例、高清晰等优势，使得航拍摄影工作变得越来越方便，并为其提供了相应的转换操控平台。
一、浅析无人机系统
所谓无人机，主要是利用机载计算机和无线电遥控系统进行联合操控的无载人飞行器，其运行过程中的空中平台，主要是以无人操作飞机为主。主要目的是为了获取较高分辨率的遥感数据[1]。传感器主要是以高分辨率的数字设备为主，包括轻型光学相机、数码相机等等，最后通过计算机进行信息图形处理，依据特定的要求，完成图像处理，并保证其精准性。具有调查监测能力高、实时监测以及迅速及时等优势。在动态监测、现场检测、图形更新与绘制、环境监测、海洋资源监测、灾害与地质环境监测以及军事、交通、水利等领域，应用非常广泛。无人机系统在进行组合优化和设计等方面具有着十分突出的优势。它主要是集计算机信息处理、视频微波传输、遥控、高空航拍等技术优势于一身，具有智能化，自动化程度高，便于操作和掌握等优势[2]。
在玉溪至楚雄高速公路地形测绘项目中，选用了“成都纵横大鹏CW-20”系统型号，作为无人机航空飞行，飞行速度约为90到120千米每小时，持续飞行时间约为2小时，在该无人机中装载了佳能EOS5DMark单反数码相机，分辨率为3744×5616像素，定焦镜头为35厘米[3]。
二、相机鉴定和技术生产流程
本项目中采用的佳能摄影相机具有非量测性，在对其使用之前或使用之后都需要对畸变参数进行鉴定[4]。校验模型为：
图1生产技术流程图
三、作业方式简介
本项目区位于玉溪市至楚雄市之间，线路长度55公里左右，带宽约400米左右，最大高相差930米，平均海拔在1750米左右。项目实施过程中充分利用了GPS导航的优势和功能，在正式开始前，需检查该导航仪的实际工作情况。通过该方式，避免因为运行失锁的问题而导致导航失效。实现飞行控制，主要是利用了飞行管理软件，与此同时，还能保证数据的精准性和全面性。关于航空拍摄的天气，尽量选择风速低、能见度高、天气晴朗的天气。这样航拍获取的图像才更加具有清晰性，结合太阳高度角、大气能见度以及实际的飞行高度等数据，来选择适当的曝光参数，以此提升摄像质量。在航空拍摄工作结束之后，现场的工作人员需通过飞行管理软件，处理GPS的数据坐标，也在当天对飞行质量作出完整评价。并检查拍摄范围是否在目标区域内，如有出现不合格问题，应在第一时间进行补飞。
图2 航线4个架次
四、相片控制测量
在该项目实施过程中，应充分结合测区域内布点的实际要求，在区域网范围内，尽量在上、下行线重叠的位置选择像控点，并尽量保证相邻区域网之间的控制点实现共用。结合实际的飞行架次，对局域网内的单元大小进行分区，但不应对各条航线的机械数进行限制，要尽量在交角良好的线状地物交叉点上选择像控点。若点状地物中心的影像，在0.2毫米之内也可进行像控点的布置，但应保证各相邻像片之间的影像清晰度。实地的判刺精度都应确立为图上0.1毫米，刺点像片反面的装饰应使用铅笔工具，在2×2厘米的方框中进行粗略绘制，并在旁边加以简要说明，在此应注明缩略图点位以及影像，并标注清晰点号、检查者选刺者等等。如图3
图3像控点点之记
在本项目中，一共布设了约250个平高控制点，并通过GPS模式完成了像控点联合检测，在固定站上完成流动站的已知点核对和检测。与之相比，需要对平面控制点本身的平面位置加以控制，不得与图上产生±0.1毫米的误差。而较之邻近的高程控制点，高光点的高程误差也同样不能大于0.1米。高程测量精度和控制点平面精度，均应大于5厘米[5]。
五、高三加密计算
主要以相应地面点、向点以及投影中心点三条线段，计算单元以单张相片来充当。借助像片之间的野外控制点和同名点，计算整个区域当中的光束平差，并进行总结，对最终的统计结果加以评估，并保证评估的准确性。如果结果存在较大的误差，则需重新进行编辑，在确保连接点充足的基础上，对其中误差较大的像点进行删除，以此提升待测区域内评差的精确度[6]。高三加密计算是技术生产过程中，一个较为关键的环节，它主要是利用个别地面控制点，对特定待测区域内的所有加密点和外方位元素的地面坐标进行计算。无人机像片处理，相对于一般的航空数码音频处理，基本无太大区别，其主要的区别在于相片畸变的纠正处理，主要过程包括DOM、生成DEM、模型计算、平差、检查点转次、链接点编辑、像控点加密等等。
在对无人机数据的格式进行转换时，需要将JPG格式向TIFF格式转变。并利用畸变改正程序，参考无人机相机的基本参数，完成数据的校正，对inpho先进的摄影测量软件加以应用，完成相关计算和加密处理，然后运用平差软件对加密结果进行验算，目的在于保证两者都一致性。
六、地形图数据采集
通过数字化的摄影测量平台采集立体数据，应该在加密成果中导入立体像，相关工作人员在进行测图工作以前，应对全面检查立体模型定向，使定向的精度得到保证，在对内业数据进行采集时，需要与立体影像当中的地物结构及其特性相结合，包括相互关系、阴影、色调、大小、形状等等来判断和识别地物的性质和内容，并依次确定待测物的轮廓特征。编辑数据时一般需采用专门的数据软件进行图形编辑和数据处理，最终形成可满足实际要求的数据和地形图[7]。
七、精度检查和外业调绘
在回放图纸上进行外业调绘、定性检查内业、地表建筑物。具体包括电力线走向、等级、建筑材料、地理名称、属性标记等等，在航空拍摄之后，新增的内页和地物并不具有影像依据，且无法对其进行精准探测，故需立即进行外业补测。部分地物由于受到高层建筑物投影、植被覆盖、阴影等方面因素的影响，使其无法完成精准探测，加之现场工作人员的疏忽，进而同样需要进行重新补测。在外业调绘的过程中，应做到细致、全面和认真。为了使检查结果的精准性及可靠性得到保证，在各测区区域当中，可精确统计多个较为明显的地物点，将其误差控制在0.2毫米，使最后的测量结果能够达到1：2000地形图的精度要求。
结语
通过本项目实施，使用无人机摄影进行测量能满足1：2000地形图的测量需求，其具有灵活操作、便捷等优势，对于很多常规影像无法实现的准确测量的地区与项目，利用无人机拍摄测量使最为有效的，而使用无人机摄影测进行测量投入少、速度快、且机动性强。可以通过对数码相机感光度、快门和光圈的调节，以及软件对亮度色彩的处理和调整，保证在雾霾天气、阴天状况下，依然可获得精准的彩色影像。另外，该技术还可被广泛的应用于环境监测、矿产资源探测环境保、农业等相关领域，具有着十分广阔的市场发展前景。
参考文献
[1]陈强，许洪国，谭立东等.基于小型无人机摄影测量的交通事故现场勘查[J].吉林大学学报（工学版），2016，46（5）：1439-1446.
[2]范诗玥，张峰，卢文虎等.基于红黑树数据结构的海岸线无人机正射影像拼接研究[J].海洋通报，2016，35（2）：132-139
[3]何永钟，周长江.无人机摄影测量在韶关国土资源管理中的应用[J].科技资讯，2017，15（12）：70，72.
[4]程翔，杨波，李倩霞等.无人机摄影测量在水体污染评估中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016，39（8）：180-182，185.
[5]莫传山.无人机摄影测量在城镇规划中的应用[J].环球人文地理，2016，（12）：74-74.
[6]王晖，何源.无人机摄影测量与RTK在水运工程中应用研究[J].北京测绘，2016，（5）：78-81.
[7]戴叶明.刍议无人机摄影测量影像匹配与纠正技术[J].建材与装饰，2016，（10）：252-253.
论文作者:李宁,张克铭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/7
标签：无人机论文; 测量论文; 地物论文; 地形图论文; 数据论文; 影像论文; 航空论文; 《建筑学研究前沿》2017年第29期论文;