低空无人机技术在大比例尺测图中的应用

2015-07-12李庆勇

科学中国人 2015年23期

关键词：测区低空加密

李庆勇

贵州省西能煤炭勘查开发有限公司

低空无人机技术在大比例尺测图中的应用

李庆勇

贵州省西能煤炭勘查开发有限公司

低空无人机由于自重小、机动性强、操作维护便捷等优点在获取大比例尺地图测绘数据中具有重要的应用前景。本文将以测图鹰X-100为例，就其在大比例尺地形图测绘中的应用展开探讨，并从数据采集、空三加密、正射影像图输出、数字线划图以及三维图生成等方面进行研究，以有效解决低空无人机数据处理的关键技术。

无人机；低空摄影测量；空三加密；大比例尺地形图；应用研究

测绘业是推进城市智能化管理，更好的服务城市建设、规划、社会及公众服务的重要基础工作。传统航空摄影技术因手续繁复、对天气及飞行条件依赖性较大，无法满足大比例尺、高精度影像数据作业需要。无人机技术的成熟及发展，特别是在避免空域申请、操作便捷、机动灵活上可以通过低空飞行来获取高分辨率摄影数据，对于构建小范围大比例尺地图数据来说具有重要的应用前景[1]。需要强调的是，针对无人机技术的应用，由于无人机自重小，飞行高度较低，对于外界的干扰更容易影响其稳定性，特别在数码相机的装配上，由于焦距较小、在后期影像拼接、空三加密等方面还存在较多难度。

一、无人机系统组成及软件处理技术

无人机在低空飞行中能够获取高精度的测绘数据，在城市规划、国土资源遥感监测、应急救灾、重大项目建设中发挥了重要作用[2]。本例采用的测图鹰X-100系统，其组成主要有飞行器，影像处理软件和数字测图系统三部分。对于测图鹰X-100飞行器来说，其正常飞行高度低于600m，飞行速度80-90km/h，续航时间40min。搭载的数码相机焦距6.2mm，像素为0.00208mm。整机自重2kg，翼展100cm，以弹射架起飞、硬着陆降落，对起降场地要求较低。整个系统因采用较高测绘新技术，能够满足快速有效的对危险区域、难以到达的区域进行小范围的高精度测绘，具有较高的性价比优势。在影像处理软件上，测图鹰X-100采用航测全自动空三影像处理系统Cloud-AT ver1.0，能够满足对现有航摄相机、数码影像数据的全面兼容，特别是适用于低空机航摄，无人机航摄所获取的竖直影像数据处理，特别是在多视影像匹配上，能够结合空中三角测量网自动构建，再利用高分辨率影像来完成高精度航测定位要求。其特点主要表现在：一是该软件能够完成自动空三角测量功能，对于来自无人机的影像数据，可以通过GPS、无GPS下的空三解算要求；二是在数据存储上能够完成最多100个定向点的影像数据，并自动完成处理；三是以自动DEM功能完成自动匹配；四是对于系统配置要求较低，普通电脑即可完成对空三计算；五是其数据在经过自动处理后可以直接生产立体测图；六是具有相机校验功能，应用成本较低。在数字测图系统中，基于Microsta⁃tion J平台的SSK采集软件，不仅节省人力，还能够提升地图测绘精度。本系统自带的数据库，可以方便的完成对输出接口的选择，利用通用CAD软件来进行操作和输出，比手轮脚盘方式测绘更有效。

二、无人机低空作业在大比例尺测图中的作业流程及关键技术分析

利用无人机开展低空测绘，其工作内容主要有对测区进行影像数据采集、设置野外影像控制点、空三加密、以及数字测图等步骤[3]。细化来看，其关键技术主要有：一是针对非量测数码相机在应用中，需要对影像畸变进行纠正处理。二是对地面控制点的布控，针对无人机低空飞行中的数据采集精度问题，需要对地面进行控制点布控，特别是增加控制点数量来提升成图精度。结合无人机航测区域进行动态加密，优化飞行航带，确保航向重叠80%，旁向重叠60%。对于像控点进行布设时，要确保测区的均衡性，一般设在航向三片重叠和旁向重叠中线上，对于误差较大的像控点要进行剔除[4]。三是在影像镶嵌上进行正射修正。针对低空无人机所采用的非测相机，其影像成像以中心为投影，对于边缘影像误差较大，因此需要通过影像镶嵌来修正，以满足大比例尺成图要求。在镶嵌线修正过程中，尽量以线性特征接边线如河流、道路为界；尽量避免直接横穿大型建筑；尽量避免横穿大面积沙漠、水区；尽量远离影像边缘。在镶嵌线修正后，要对整个测区进行拼合，由于色差或亮度差异性，要对镶嵌线周边进行匀光匀色处理，使其过渡自然。四是在数据处理上能够满足海量影像的重叠处理。由于高分辨率下的航空摄影数据量较大，在影像自动空三处理时需要进行整体平差处理，以保障镶嵌线协调统一。在软件选择上要考虑到大容量高性能软件进行编辑处理。

三、测图鹰X-100应用实例分析

本例采用测图鹰X-100，以300m低空飞行，测区面积为3.5km2，地面风力0.1m，预设像控点88个，检查的140个。由于本系统软件采用空三加密，能够满足X轴绝对定向精度0.1700、Y轴0.2541、Z轴0.3993，相对定向精度X轴0.3156、Y轴0.3112、Z轴0.4675数据加密要求，直接导入SSK软件进行立体测图，并与检查点获取数据进行对比。在DOM数据输出上，Cloud-AT1.0软件采用空三加密DEM数据，以批量输出正射影像图，并通过ERDAS软件对其进行DOM拼接，获得较为完整的正射影像图。在DLG数据生成上，对于上述数据进行导入SSK软件，通过对整个测区的拼接，以最终生成数字线划图。在三维立体图的生成上，以DLG数字线化图为基础，结合DEM数据来最终完成三维图。