低空无人机航测1∶1000地形图

2012-11-29林莉黄昶

铁道勘察 2012年1期

林莉黄昶

(四川省遥感信息测绘院，四川成都 610100)

随着固定翼轻型低空无人飞机技术的发展和GPS自动驾驶技术的运用，利用无人飞机进行应用于测绘的航空摄影成为现实。无人飞机体积小巧，机动灵活，不需专用跑道起降，受天气和空域管制的影响很小，能够在极短的时间内快速获取影像。研究利用无人飞机获取的航空影像进行地形图测绘，对影像获取困难地区以及需要快速成图的地区有着重要的现实意义，其快速、现时性强等特点，将在城市规划、数字城市建设、国家应急救灾、地理国情监测和新农村测绘保障等方面发挥积极的作用。

1 低空无人飞机航摄系统

1.1 系统硬件

硬件系统由五部分组成:无人机飞行平台、传感器(数码相机)、飞控系统、地面监控系统与遥控器以及地面运输与保障系统。

无人机飞行平台:无人机由机体、操纵系统、动力系统三部分组成。

传感器:航摄用传感器配备佳能5D markⅡ定焦数码相机，焦距分别为35 mm和24 mm。相机像素大小为6.4μm，像幅大小为5 616像素×3 744像素(2 100万像素)。

飞控系统:飞控采用自动驾驶仪UP30，它高度集成了GPS接收机、气压传感器、空速传感器、飞行控制系统等部件，可以稳定控制各种气动布局的中低速无人机，实现导航、定位和自主飞行。

地面监控系统与遥控器:地面监控系统包括地面监控工作站(联想便携式计算机)、UP30飞控软件、电台和天线。其中在UP30飞控软件中设计编辑航线和航路点，能够实时修改无人机的飞行姿态和目标航点，同时可实时显示无人机的各种飞行参数和电池电压。所有这些数据均通过电台和天线与无人机进行通讯。遥控器是手动控制无人机飞行的远程控制设备，技术娴熟的操控手利用遥控器可以实现无人机滑跑起飞和降落。

地面运输与保障系统:地面运输与保障系统配有一辆汽车，可长距离装载运输无人机设备。另外还配有警示筒、警示衣、警示绳等安全保障设备。

1.2 配套软件

包括曝光点设计软件、航摄质量快速检查软件、影像预处理软件。

2 地形图航空摄影测量

项目位于四川绵阳某地，是关于火车站扩建的1：1000规划用图，前期计划使用全野外测图并已经开展，但工期甚急，无法满足10天完成10 km2的要求。测区地形类别为丘陵，平均高程约520m，交通较发达，宝(鸡)成(都)铁路纵穿其内，农村居民地零星分布较多，面积约10 km2。

甲方提供绵阳2000坐标系、1985国家高程基准的CORS参数及账号，成图亦采用绵阳2000坐标系，1985国家高程基准。

工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

2.1 航空摄影

使用数码相机航摄时，航线设计以GSD(地面分辨率)为出发点，先由成图比例尺确定GSD，进而确定航高。在高差较小的地区航摄时，成图比例尺与GSD的对应关系如表1所示。

表1 地面分辨率对应

本次航摄采用35 mm焦距的数码相机，其焦距和像元尺寸是确定的，航高与地面分辨率有关，它们存在以下比例关系

上式中f为焦距(35 mm)，H为航高，＆为像元尺寸(6.4μm)，GSD为地面分辨率。

根据以上公式可计算出本次航摄的相对航高约为550m，绝对航高1 070m。

根据航测规范要求，本次航摄航向重叠度设定为65%，旁向重叠度设定为35%，按照计算的航高和重叠度、地面分辨率等参数，输入航线设计软件，计算曝光点坐标，并可确定本次航摄的航线数、相片数、基线长度、旁向间距、总航程等参数。

天气允许即可进行航摄，本次摄影时间为2011年1月4日，获取影像参数见表2。

表2 影像参数

2.2 像片控制

(1)布点方案及要求

本次航摄为南北飞行，根据《航外规范》的要求，该区域外业按6条基线逐航带布设平高像控点，并在测区铺装路面布设高程点以检查加密和成图的高程精度。

像控点尽量选在平房房角、道路行车线、斑马线、花台角、影像小于0.2 mm的点状地物中心等明显的地方;若确无明显地方，可分开布设平面、高程控制点，但不能选在人字顶房角、有草丛的田埂、有弧度的田角等，当布设的点高于地面时，还应提供该点至地面的比高。

(2)像片控制点及检查点的施测

本次像片控制测量采用绵阳市CORS系统，根据提供的参数直接获取绵阳2000坐标和1985国家高程。像控点采用电子刺点，现场对点位照相并制作点位信息表供内业加密使用。

像控点测量主要技术要求应符合表3的精度规定。

表3 像控点精度规定

本次共测量了113个像控点、135个检查点。

2.3 内业加密

进行区域网空中三角测量平差前，需对经畸变差改正后的原始航空影像进行无控制自由网平差，如果相对定向误差不大于2/3个像素，像点收敛值不大于2/3个像素，则该原始航空影像畸变差改正正确，可开展后续工作。

利用VirtuoZoAAT 3.5空三加密软件进行无人机航空影像区域网平差，精度情况见表4。

表4中平面限差、高程限差为《数字航空摄影测量空中三角测量规范》对1：1000丘陵的精度要求。

表4 区域网平差精度 m

测区有部分外业全野外测绘1：1000地形图数据，为了进一步检测高程精度，将图内内已有外业实测高程点导入立体模型检测立体模型高程精度，精度情况见表5。

表5 高程精度检测 m

2.4 一体化成图

采用“内业数据采集—外业调绘编辑一体化”的技术路线。首先利用全数字空中三角测量成果恢复立体模型，并对相对定向、绝对定向进行检查，再根据《内业规范》、《图式》及《代码》采集地物、地貌要素，并在进行简单编辑并打印，外业根据打印图纸和测图数据，根据《外业规范》进行外业修测、补测、调绘，采用电子清绘与编辑一体化作业，经100%两级检查后提交成果

调绘的基本内容包括:①对内业采集的所有要素进行定性;②补测、补调隐蔽、新增和采集遗漏的地物;③进行屋檐改正及重要地物的精度检核等工作;④纠正内业采集错误的地物;⑤实地注意调注地理名称、实体属性内容等，做到地理景观不失真，各地理要素关系协调、合理;⑥平面和高程的精度检测。

清绘编辑的基本内容包括:①将调绘的各类属性上图;②导入全野外采集的新增、遗漏、补测的地物;③进行房檐改正以及新增的距离交会地物;④修改外业发现的采集错误并将地理名称上图;⑤按照图式处理编辑各类图形关系并配置符号;⑥整饰图幅并接边。