无人机在环巢湖生态保护工程中的应用

2019-03-14杜小芬安徽省水利水电勘测设计院勘测分院安徽蚌埠233000

安徽建筑 2019年9期

杜小芬（安徽省水利水电勘测设计院勘测分院，安徽蚌埠 233000）

1 测区条件及飞行准备

环巢湖地区生态保护四期工程位于安徽省合肥市高新区肥西县境内。地貌特征为江淮分水岭丘陵地带，属温带季风气候,年均气温16.1℃,最高气温37℃,最低气温零下4～7℃。本次飞行时间为7月份，气温较高，空气对流严重，测区东部属于高新区城区附近，高楼林立，电磁干扰严重，大蜀山在测区范围东北角，野外飞行条件不佳，总体困难类别属于Ⅲ等。

1.1 飞行策划

我院已经准备无人机“天狼星”型飞机及专用数码相机。本次项目由于涉及到城区高大建筑物，由两架无人机同时飞行，其中，环巢湖派河流域部分区域由拓普康天狼星专业版SIRIUS PR0（1）航拍，编号为D0:FF:50:CC:2D:80 136，每架次航带根据飞行区域面积自动设计，带宽100m，地面采样距离(GSD)8cm，飞行高度311m，航向重叠75%～85%，旁向重叠度应大于60%。本项目其余部分由第二架拓普康天狼星专业版SIRIUS PRO（2）航拍，编号为6C∶EC∶EB∶B5∶92∶2D∶285，每架次航带根据飞行区域面积自动设计，带宽200m，地面采样距离(GSD)8cm，飞行高度622m，航向重叠75%～85%，旁向重叠度应大于60%。

2 飞行计划执行

①外业飞行摄影时应使用机身RTK实时定位曝光点坐标，机身RTK测量数据后处理应采用本工程基本平面高程控制测量输出的坐标转换参数进行各曝光点坐标解算。

②依据测区地形起伏的变化情况，为得到高精度、高质量的影像,本次无人机飞行航线设计中,适应地形变化模块。在Mavinci Desktop飞行控制软件中设置要求的行分辨率后，飞机随地形起伏变化而自动改变飞行高度。根据地形起伏情况确定飞行高度保障飞机拍摄影像过程中照片重叠度，既可避免在遇到地形凸起时照片重叠度过小，满足不了影像重叠的规范要求，又可避免在地形低洼处照片重叠度过大，造成飞行浪费的情况。航摄过程中，飞机的俯仰、侧滚姿态和旋偏角应在座架可调整角度的规定范围内；外业飞行结束后，应填写航摄飞行记录表，并对获取的影像数据质量进行检查。主要检查的内容为:航摄范围是否满足要求，航摄数据的完整性，影像的清晰度、重叠度，色彩的饱和度及影像上有无大面积云影、烟影的遮盖及反光和污点等缺陷。

准备就绪后，机组人员应在选好的起降场地等待合适的航摄天气，同时对航摄硬件进行检查维护，确保设备状态最佳。等到能见度好，晴朗天气时，即可执行飞行计划，争取在相似的气候条件下执行航飞任务。

3 飞行过程中的质量控制与保障

3.1 像片倾斜角

像片的倾斜角及倾俯角应按规范要求在4.5°内,最大应不超过12°。超过8°的航片不超过总航片数的10%。像片旋偏角一般不大于15°，在保证像片航向和旁向重叠度满足要求的情况下，个别相片的最大旋偏角不超过30°，同一条航线上旋偏角超过20°的,像片个数不应超过3片，超过15°旋偏角的像片个数不得超过分区像片总数的10%。像片倾斜角和像片旋偏角不能同时达到最大值。

3.2 航线弯曲度和航高保持

设计有足够长度的预备线，来保证飞机进入航线后有充足的时间以平稳的姿态飞行。同时能保证GPS导航系统能直接观察到航迹偏差，可将漂移减至最小。飞行管理系统应对曝光触发点的范围进行设置，应保证航线弯曲度应不大于3%。

飞行的航高指示器是气压高度表。每次飞行前，飞行员都要了解气象部门发布的相关的机场天气情况，同时记录当时的气压值。依据气压值和机场的标准高度值，确定出气压高度表在地面的基准值。飞机按照基准值飞到航空摄影要求的作业高度进行作业，同时参考GPS实时高程。同一航线上相邻像片的航高差按规范规定应不大于20m；最大航高和最小航高之差不应大于30m。

4 摄影质量控制与保障

4.1 影像质量要求和控制

航飞结束飞机返场后，飞行员要采用飞行管理软件，立即对获取的摄站点GPS坐标数据进行技术处理。当天的飞行质量评价应及时进行，确保无漏飞的情况，检查每张像片上有无云影烟雾遮盖和大面积反光现象，有无不合格航线等情况。如有，及时进行处理，有遗漏及内业解决不了的问题，应及时组织补飞。

4.2 摄影处理

航摄的影像要求色彩均匀清晰，颜色饱和，无大面积云影遮盖及反光，层次丰富，反差适中。航片影像数据应存储于专门的介质内，由专人护送至数据处理中心做数据后期处理，数据处理中心在收到数据后应及时处理，并将航片数据质量检验报告及时反馈现场飞行人员，以方便飞行人员及时开展后续工作。

飞行完成后，即可用专业版MAVinci Desktop对高精度POS数据进行及时下载和航飞影像的自动匹配，导入PhotoScan Pro数据处理软件进行处理，在不用控制点，无需人工干预的情况下，就可实现航测成果中DOM和DEM产品的自动生成。

检查输出的DOM、DEM等数据的质量，分内业和外业进行检查；内业检查的主要内容为：影像的清晰度，色彩的柔和度，影像拼接带有无明显的模糊、重影和错位等；外业检查的主要内容为对输出的DOM、DEM等数据的精度检查，检查方法为：外业采集适量的平面和高程检查点，并与通过对DOM、DEM分析的同名点数据进行比较,采集的平面点和高程点应为具有代表性的特征点,平面可采集房角以及道路上清晰可见的交通指示箭头,高程点采集坡度平缓的地面点和无植被覆盖的田地高程点。

影像数据处理后，应依据单位面积数据量进行合理的分幅，图幅大小应以普通办公电脑方便调阅使用为宜，并绘制DEM、DOM分幅图和“无人机低空摄影过程检查表”。

5 航飞漏洞处理

①按规范要求，航摄过程中出现的相对绝对漏洞均需及时进行补摄。

②对不影响内业加密选点和模型连接的相对漏洞及局部缺陷，可只在漏洞处补摄。

③补摄航线的长度，应按规范要求超出漏洞两边各两条基线。

6 成果资料的检查

在整个作业实施过程中，实行“两级检查制度”，保证飞行和影像质量满足航摄规范的要求。两级检查是指：航摄部门在第一时间对航摄成果进行检查；质量检查部门在整个过程中进行监督，整个摄区航摄飞行完成后，及时安排人员对成果陆续进行检查，确定没有缺陷和需要补摄的内容后，对整个摄区的资料按照分院下达的任务书和《航摄成果注记包装规范》的要求进行整理。外业飞行摄影地面分辨率为8cm，共飞行40个架次，飞行摄影面积83.8km2，外业飞行摄影航向重叠度设置为80%；旁向重叠度设置为65%；航摄数据完整性满足要求，影像清晰，色彩柔和，无大面积云影、烟影、反光、污点等缺陷。

通过PhotoScan软件对外业飞行数据进行处理，并输出数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM），经内业检查生成DOM和DEM数据是否清晰，色彩是否柔和，影像拼接带有无明显的模糊、重影和错位；经外业设站检查，编号D0∶FF∶50∶CC∶2D∶80∶136获取DOM和DEM数据平面精度为0.15m，高程精度为0.12m；为方便地形图编辑调阅使用，输出的与DOM和DEM数据分辨率为8cm，共分成19个图幅文件，并绘制了DOM和DEM数据分幅表。

用南方Cass和QTModeler软件平台调阅DOM和DEM数据，编辑绘制地形图，地形图内业编辑绘制完成后，套合DOM打印纸图并进行外业调绘。