无人机航测在大同地区关键影响因素研究

宋杰 冯军 王伟

摘要：本文针对无人机在大同地区的航飞技术各环节的关键影响因素作出分析，综合考虑该区域影响成果的因素，通过对大同地区不同地形条件实施航测项目的若干数据成果和经验进行分析对比，得到适合于大同地区航空摄影测量项目实施的经验数据和技术参数，总结出利于安全飞行、提高成果质量、改进空三效果的部分技术解决方案。

关键词：无人机航测;大同地区;关键因素

1概述

无人机航空摄影测量技术（以下简称航测）的关键步骤，航测空三成果质量直接影响地形图成图精度。大同地区各区域气象气候条件、地形地貌条件、地面覆盖、温差等都有较大的区别，属于较为典型的作业区域。通过多次在大同不同区域航测项目作业，分析外业航拍、像控点测量，内业数据处理等关键技术流程，采取统一数据处理方法的情况下，发现不同影响因素产生不同的数据精度成果，关键影响因素都有满足规范的参数设置范围和技术解决方案。

2航测影响因素分析

2.1地形地貌因素

大同地区山地面积约为278平方公里，约占总面积的比例13.4%，山地大部分属于大同煤田分布范围，有较为丰富的煤炭资源，主要测区有西北部的吕梁山脉和阴山山脉所含的地形数据测量，主要有采凉山、二朗山、云门山、白登山、双山等;同时有东南部山脉的太行山脉，主要有六棱山、恒山、太白山等;丘陵地面积约为1177平方公里，占比约56.6%，测区内主要包含部分矿区、居民地及耕地等用地建设测量;平川面积约为626平方公里，约占总面积的30%，主要包含城市建设、耕地复垦等测量数据。其中，山地、丘陵主要集中于西、北及东北部地区，而平川区位于东南部。根据大同的地形分布，分别对山地大北沟测区（1201.17-1497.35m），丘陵地北辛窑测区（标高1279.32-1433.98m），平川怀仁测区（标高978.4-1028.6m）进行了1：1000大比例航空摄影测量。一般情况下，地形的高差影响航测分区的划分，分区内的地形高差一般不大于四分之一行对航高，当航摄比例尺大于或者等于1：7000时，一般不应大于六分之一相对航高。依据设计，设置航飞参数如表1所示。

地形影响数据研究采用智能鸟KC1600型号无人机为航飞平台，索尼A-7R为摄影相机定焦拍摄，相机参数如下：焦距（35mm）、光圈大小（F7.1）、曝光时间（11000）、感光度（650）。

像控点布设方式：航测标准全野外布点法

空三加密方法：POS辅助空中三角测量，光束法平差。

空三数据处理平台：INPHOUASMaster7.0。

控三加密主要处理流程：准备工作（数据整理、影像预处理、POS数据解算、相机检校）—新建工程—影像位置检查—同名点提取—控制点量测—联合平差—精度评定—地面模型生成。

通过一个架次航飞，数据成果分析表如表2所示。

通过数据分析，怀仁测区所航飞数据，采取统一数据处理方法，均为有效数据，完全满足1：1000比例尺地形图精度要求，且精度较高，在航飞平台性能满足要求的情况下，可扩大一架次测区面积，数据利用率高效果好。北辛窑测区航飞数据，符合精度有效面积占比78%，部分加密控制点高程中误差接近于1.5倍中误差的限制，丘陵地区一架次有效面积最大约为7.8km2。大北沟测区数据符合精度有效面积占比46%，精度都满足规范要求，且精度较好，在满足限差要求的情况下，可通过增加像控点数量的方法，扩大满足精度的有效面积，使山区一架次有效面积达到5km2以上。

2.2气象条件因素

风向风速：在航飞过程中，如果风向不停变化，无人机在空中俯仰、翻转、侧滚的姿态发生杂乱无章的变化，影响飞行摄影成像姿态。风速过大且侧向刮向无人机会影响无人机的航飞轨迹，导致无人机偏离航向影响旁向重叠度;风速过大且顺向或者逆向刮向无人机会影响无人机航飞速度，进而影响航摄航向重叠度。大同地区属温带大陆性季风气候，夏季、秋季风量较小，春冬季盛行西北风，因此起飞方向多为西北方向，具体实施可借助风力测试仪。山地、丘陵两测区航飞风力等级为5级左右，相片姿态角较差，在选择航飞日期和航飞时段时较为困难，一般在四级左右以内实施航测飞行，最大不超过六级，平川怀仁测区姿态很好，受风力影响基本可忽略。

光照条件：在飞行过程中，有时候会出现光照强度不足或者光照分布不均匀等问题。光照强度影响相机成像亮度、清晰度。轻微的亮度变化即可对相机的设置提出较高的要求;光照分布不均匀一般是由天边云彩分布不均匀或者云彩移动所导致，这种情况下，地面会出现部分地物被阴影覆盖，造成整张航片部分位置发暗或者测区部分区域发暗，从而影响内业成图时地物采集。根据多测区数据对比，仍采用索尼A-7R相机拍摄，在晴朗天气，大同地区相机光圈大小最佳设置范围为f5～f8;曝光时间最佳设置范围为1500～11600s，当曝光时间大于1200s时，会出现较为严重拖影现象;感光度ISO最佳设置范围为400-1600，按此范围设置相机参数，相片成果可满足项目要求。此外航摄时间一般控制在8：30-17：30，成像效果较好，地形起伏较大时航摄需考虑太阳高度角，避免阴影太长，通常大同山地测区航摄时间控制在10：00-14：30，丘陵测区航摄时间在9：30-15：30。

空中霧气：在不同区域和天气情况下，测区内会有稀薄的烟雾分布，会对航拍成像的相片清晰度造成较大影响，微小的气雾会严重影响刺点精度，大同地区有雾时间较少，影响可忽略。

3影响因素解决方案分析

针对以上影响因素，通过不间断的探讨思考提出以下解决方案：在大同区域内，测区风速一般在四级左右以内实施航测飞行，最大不超过六级;空中云彩分布特别不均匀时停止飞行。起飞时时刻关注天气情况，风向是否多变，根据自身航飞时间可以适度调整起飞时间，从而尽量保证在一个起飞架次内天气无大的变化。适当设置相机参数，将相机参数尽量设置在一个成像效果较暗或者较亮参数的中间参数位置，以此来适应多变的天气，保证成像无过暗或者过亮现象。针对无人机标高测量系统误差的出现对飞机降落的影响，我们自行设计添加一个多余手动开伞点，更改该点开伞高度，确保降落安全。

4结语

无人机航测是一项影响因素多、作业难度大、安全系数低的工作，它时刻要求作业人员保持谨慎、认真、自律、谦卑的工作态度，多总结经验，思考问题，才能做出符合规范的优质产品。