微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术在地形图测量中的应用研究

蔡驭

（云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650051）

微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术在地形图测量中的应用研究

蔡驭

（云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650051）

当前，随着无人机技术的飞速发展，在勘测领域内，无人机超低空摄影测量技术在实际中应用得越来越多。主要针对微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术在地形图测量中的具体应用进行分析，提出地形图测量中提高测量精度的建议。

地形图测量；微小型多旋翼无人机；摄影测量；超低空

无人机，即无人驾驶飞机，是一种可控制的、有动力的无人驾驶航空器，可携带多种设备完成不同任务的飞行要求。最初，无人机主要用于军事领域，随着科技的发展，无人机制造方面的技术水平都得到了提升，所搭载的传感器类型也越来越多样，而随着制造成本的降低，无人机在其他领域也开始得到了广泛应用。

数字摄影测量技术是地形图测绘中应用到的主要技术，将航测相机搭载在无人机上进行航测，将无人机技术与摄影测量技术结合，成为当前测绘领域发展的主要方向。本文主要针对微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术在地形图测量中的应用进行研究。

1 无人机参数分析

通过对大连该无人机进行研究，目前小型无人机以固定翼电动无人机为主，尤其是天宝UX5及拓普康SIRIUS无人机，从飞控系统到数据处理，提供了完整的解决方案，是行业的标杆，非常适用于地形图测量。但由于此类无人机造价较高，在一般性地形图测量工作中不适合应用。例如，在电力工程外业塔位地形图测量中，由于测区范围大、测点分布散乱，因此，一款操控便利、价格合适、便于携带的无人机系统就非常适用。本文将某四旋翼无人机作为载体，对其在地形图测量中的应用进行研究。

无人机参数：四旋翼无人机含电池及浆总重1 280 g，对角线距离590 mm，最大下降与上升速度分贝为3 m/s、5 m/s，悬停精度一般垂直向±0.5 m，水平向±1.5 m，超声波范围内垂直向悬停精度±0.1 m，最大飞行高度6 000 m，最大水平飞行速度16 m/s，工作环境温度0～40℃，最长飞行时间23 min，GPS支持GLONASS/GPS双模，云台可控转动范围俯仰-90°～+30°。

相机参数：影像传感器有效像素1 240万，1/2.3英寸CMOS，镜头FOV94°20 mm，电子快门速度1/8 000～8 s，ISO范围为照片100～1 600张，视频100～3 200；照片最大分辨率3 000×4 000.该无人机售价在万元以内，弥补了以往无人机没有搭载相机及云台的不足，有效拓展了超低空摄影测量领域内对消费级无人机的应用空间。

表1 无人机相机标定参数

表2 检查点精度

2 无人机超低空摄影测量技术的具体应用

2.1 相机检校

由于该无人机结合了测绘相机，属于一体机，并且在对相机进行标定的时候，只能是在无人机通电的情况下进行。在对相机进行标定时，采用DVSStudioDC无人机摄影测量软件中的相机标定模式，对相机的参数进行计算，结果如表1所示。

2.2 飞行试验

在进行飞行测量之前，需要先布设相控点，以某电力杆塔航测为例，在其周围布设检查点及控制点共18个，对红白旗中心坐标利用PTK GPS测量。消费级小型无人机与专业级测绘型无人机有明显的不同，消费级无人机没有配置自动航飞软件，所以飞行全部依靠手动遥控器控制。将DJI GO软件安装在IPAD上，对测区内的卫星影像进行缓冲，将测区大致范围在软件上画出。本次测量重叠度，旁向50%，航向80%，立体相对覆盖范围100 mm×100 mm，飞行信息如下：①高度50 m，GSD 0.022 m，单片覆盖范围86 m×65 m，需拍摄像片数量24张；②高度80 m，GSD 0.035 m，单片覆盖范围138 m×104 m，需拍摄像片数量12张；③高100 m，GSD 0.044 m，单片覆盖范围172 m×130 m，需拍摄像片数量8张。根据设计航向飞行，保证旁向与航向重叠度，飞行结束后对飞行质量进行检查，结果显示，两条航带平均重叠度都在80%以上，全部配对成功，平均航偏角在1.2°以内。可见，对无人机采用手动控制方式进行地形图测绘，摄影测量数据采集与处理满足要求。

2.3 精度评定

本次航测试验共设置18个相控点，并利用RTK GPS对标志中心坐标进行测量。在测区4个角和中心点总共5个控制点进行选取，同时在测区内选择均匀分布的6个控制点，分别进行空三结算，利用其他控制点对高程精度进行检查，结果如表2所示。

根据航摄重建三维场景，结果显示，5个控制点精度较好，不管是在高程误差方面，还是在等高距方面，都可满足相关要求，因此所得到的地形图精度也可满足要求。

2.4 单立体模型试验

本次研究中，针对50 m×50 m局部进行单模型试验，试验飞行高度选择80 m，确保所测量立体覆盖范围满足试验要求，根据相同的精度评定方法，对测量结果进行评定，结果如表3所示。

此外，对测点断面图利用RTK GPS进行实测，然后对立体测图数据与断面点数据在精度方面进行对比。结果显示，立体测图测得的高程与外侧检测数据高程基本一致，但在植被茂密的区域差异较大，而外业实测的28个断面监测点高程与内业测得的高程结果误差为0.076 m，在电力勘测塔基断面测量中可以满足需要。

表3 单立体模型精度评定

3 结论

本文分析了采用微小型多旋翼无人机对地形图测量时进行超低空摄影测量实施应用的可能性，并对测量的精度进行了评定，结论如下：①在内业数据处理中，对无人机进行人工手动操作，所采集的数据能够满足需求；②在一般植被较少的测区内，微小型多旋翼无人机超低空摄影测量技术测量结果在精度方面满足要求。在实测中，微小型多旋翼无人机的应用还存在一些问题，比如人工手动控制难免会出现失误，因此后续还需要有针对性地对飞控软件进行研发，对无人机飞行的线路精度进行控制，使测图精度和作业效率得到提升。

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P217；P231

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.157

2095－6835（2017）20－0157－02

蔡驭（1990—），男，云南玉溪人，本科，助理工程师，主要从事工程测绘方面的工作。

〔编辑：刘晓芳〕