无人机航测效率和质量改进技术研究

罗德海

摘要：无人机航空摄影测量技术是城市建设事业发展的重要助力。它不但可以提高测量的总体效率，而且还可以促进整个城市建设事业发展的有序进行，也可以促进到农业生产、城市规划、气候和公共服务等各个方面的正常秩序。然而，当前我国航空摄影测量技术的现状情况来看，仍存在许多不足之处，限制了测绘工程管理项目实施的现代化步伐。因此，提高无人机的航测效率与质量改进的研究是实施测绘工作中的首要任务。

关键词：无人机;航测;效率;质量改进;技术研究

引言：

随着科技进步和社会发展，我国摄影测量技术大大提高。鉴于无人机空中测量具有实时、高效、智能的特点，其在测量困难地区的区域地形图中可以发挥重大作用，更可以迅速截取高清图像。而如何提高无人机航测的效率和质量一直是测绘行业的两大难题。本文从无人机航测的系统组成出发，对无人机相机设备、飞行平台和航飞条件三个方面的现状水平进行分析，得出了限制无人机航测效率和质量的关键，并针对这些问题提出了具体的技术改进对策，在实际工作中取得了良好的效果。

1.无人机航测系统构成

无人机航空测量系统由无人机、飞行监视器控制设备、图像采集设备、数字传输设备、图形传输设备、地面接收终端、数字摄影仪测量站和无人机地面遥控设备等部分构成[1]。在进行收集数据的过程中，一旦图像被曝光，飞行控制系统就会开始对各个主点在曝光时刻所发生的的地址、形态、图像参数进行采集，这些信息会通过数据传输系统和图片传输系统传输到地面上的设备。在完成线路规划后，通过对图形数据进行预先处理，验证数据是否正确，并参照没通过的数据采取补飞或重飞措施。

2、无人机航测效率和质量现状水平

2.1相机设备

相机设备本身的像素情况与图像的质量密切相关。如像素越大，图像就越清晰，像素越小，图像就越模糊。因此，在实施无人机空中测试时，需要充分考虑摄像机设备本身的像素情况，并从根本上保证图像的质量和效果。相机设备的对焦曝光时间与图像的清晰度密切相关，因此在正式的导航测试之前，需要与相机设备的对焦和曝光时间调整相结合。如果环境照明条件较差，应尽可能延长曝光时间，以提高图像的清晰度。相机设备本身的失真也会损害到拍摄图像的清晰度，所以在进行航空测试前一定要准确地调整相机设备。

2.2无人机平台

虽然无人机空中试验具有良好的优势，但尚未达到完美状态，仍存在许多问题。首先，机身不太稳定。由于大多数无人机的结构比较小，其承受性比较弱，容易受到大气压冲击的影响。不同形态的变动相比传统的航空测量更灵活，更易操作。航空带布局不合理，重叠角度波动非常明显。其次，影像幅度虽然小，但数量大。无人机常携带非测量型单反相机，为了能够全面保留区域中的信息，我们可以利用改进航向和横向重叠来确保[2]，因此会导致成像区域的数量增加，往往对控制工作的发展产生一定的影响。以上条件对无人机的空中测量效果会有不同的影响，从而影响空中测试结果的准确性。只有通过以后的专业软件改进计算过程，确保计算精度，才能有效避免影响无人机平台对数据的准确性。

2.3航飞条件

无人机的飞行时间需要结合环境状况和天气等进行选择。尽量避免表面罩影响到拍摄效果，所以尽可能挑选最优的飞行季节。是否拥有充足的光线一般由航区的太阳高度和角度决定。当整个地区高层建筑密集，或有陡峻的山坡，高度相差太明显时，通常在下午2点飞行。飞行高度影响着实际的地面分辨率，飞行高度越高，地面的分辨率参数越小，拍摄图像的清晰程度越低。

3、提高无人机航测效率和质量的技术研究

3.1设备选型

第一，当植被稀疏时，选择焦距离最短的摄像机，因为飞行高度相同时，单一图像现场覆盖面积大，同一面积路线和图像数量少，飞行摄影效率高;第二，根据地形波动和航飞高度范围选择相机焦距，其中地形波动相对较大，也就是摄影主光轴垂直表面的地形波动，即测量区域内地面倾角为40°的非起伏坡度，当路线方向和路线间坡度与试验区一致且主轴与表面垂直时，试验区的相对波动为零;第三，选择具有RTK功能的无人机。无人机航测图像应清晰且对比度适中，能辨别适合地面分辨率的小物体，能創建真切的三维模型，且无云烟和光反射等等。曝光时飞机地面速度影响引起的图像点位移通常都小于1.5像素，拼接图像不能明显模糊、有阴影或错位。当具有RTK功能的无人机在曝光点的高精度POS数据采集图像时[3]，由于曝光点的三维坐标可以作为图像控制点，因此利用该设备可以实现无图像控制点或较少图像控制点。

3.2相片的重叠设置和选取

在满足质量要求的前提下，努力提高飞行高度和减少横向重叠，可以很好地减少航片的数量，提高运行效率。根据图像分辨率要求设定飞行高度，天宫无人机空中试验系统100m地面分辨率为3cm[4]，照片路线可以通过将横向重叠设置为70%来满足后期处理要求。质量控制、飞前飞后数据覆盖完整性检查要求数据后期处理前删除浪费掉的劣质照片，减少图像匹配冗余和匹配时长;空三刺点应选择清晰的目标照片，避免单个图像的边缘飞行失真，会影响匹配的正确性。

3.3摄影分区

航拍照片是地面场景的中心投影构象，地面场景的正投影就是地图。如果同时要求平面和照片的级别，那么两个投影效果是相同的;但地球表面的波动会导致成像点的偏差，飞行过程中无人机平台的波动会导致照片的垂直度发生变化。因此，尽量选择晴天拍摄航拍照片，而且飞行姿势要保证非常平稳，这样才能提升成片率和坐标系中的像素平面质量;当高差大于试验区相对飞行高度的1/4时，应对设计航路进行分区才能缩小投影基准面引起的投影误差程度。导航摄影分区界线要与图纸轮廓一致;该段地形高度差不大于1/6。如果地形高度差符合而且可以保证路线径直的话，分区跨度应尽可能大，充分覆盖整个照片区域。当地面高差变化时，摄影分区在地面形状特征明显或有特殊要求时可以进行划分。

结语：

无人机具有机动性强、灵活高效、操作成本低、应用场景覆盖率高、生产时间短等优点。无人机与测量的结合使无人机航空摄影测量成为大规模空中测量的技术解决方案。数字航空摄影测量法可以经过改进算法来提升图像匹配和模型的准确性，为后续模型生产提供更好的几何质量、更丰富的效果和更全面的地理信息。传统的地形测量所需人员多，费时且低效。对无人机航测技术进行研究发现对设备选型、对相片进行重叠设置与选取并划分航拍摄影分区可以实现质量的改进，而且大大提高了效率。

参考文献

[1]向松波.无人机航测精度提高与应用分析[J].地理空间信息，2020，18（07）：38-40+69+6.

[2]张荣辉.低空无人机航测数据精度影响因素分析[J].城市建设理论研究（电子版），2019（21）：32.

[3]李胜才，李禺，陈尚云.无人机航测效率和质量改进技术研究[J].水电站设计，2020，36（04）：41-46.

[4]赵大华.无人机航测技术及其应用分析[J].住宅与房地产，2020（30）：255-256.