无人机在带状地形监测方法中的应用研究

王刚

摘 要：近几年来，无人机发展迅速，在稳定性、续航能力、自动化等方面都有了较大程度的进步。本文通过对无人机在某高速铁路航测项目作业方法的研究，充分显示了无人机在小面积测区机动、快速成图的特点。

关键词：无人机；航测；带状地物；遥感

中图分类号： P217 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-190-2

1 概述

随着经济的持续快速增长，土地使用情况的变化日益频繁。高速铁路、高速公路、石油管线、电力设施等带状地物日渐增多，为了有效地加强对关注区域的监督管理，以低空无人飞行器为遥感平台的动态监测监察技术，为实现关注区域动态高效监测监察提供了便利。

2 无人机系统简介

无人机遥感系统是卫星遥感和有人机遥感的有效补充，具有高分辨率图像和高精度定位数据获取能力，是当今重要的遥感数据来源。其主要优势在于高机动性、恶劣条件下作业、对同一区域重复观测的能力，可快速获取实时的地面影像信息，实现以无人机遥感为基础的多源遥感支持下的国土资源监测。

本次飞行平台采用DM-110型无人机，其为固定翼型，弹射起飞，伞降回收，巡航速度110km/h，飞行时长2小时，搭载目前无人机主流传感器—Canon5D Mark3相机。

3 外业飞行

同传统航测工作流程类似，无人机航摄飞行主要包括航线设计、飞行控制、原始数据质量检查等步骤。

3.1 航线设计

根据成图比例尺、结合无人机系统搭载相机参数，确定航高、基线长度作业参数，然后根据测区地理位置及地形地貌利用专业软件进行航摄分区及航线敷设，如图1为某高速铁路航线设计图。

3.2 飞行控制

航线设计完成后，作业组抵达测区进行外业飞行，根据无人机自身性能选择合适的起降场地，一般无人机起飞、降落一般由操作员操作完成，航线内部飞行时，飞机将转换为自动驾驶状态。无人机在空中航拍中，会将飞行状态传输至地面的控制系统，作业员可实时监控飞行状态。在航摄时需注意确保有充足的光照度，避免过大的阴影影响航摄质量。

3.3 数据质量检查

由于无人机搭载相机为普通数码相机，且自身平台体积小、抗风能力差，导致获取的影像存在偏角过大、重叠度不均匀等问题。因此，外业飞行完成后，首先需要利用相关软件进行原始数据质量检查，检查内容主要包括数据完整性、影像航向、旁向重叠度及影像旋角检查等内容，通过质量检查后，方可进入内业数据处理环节。

4 数据处理方案

外业飞行完成后，需进行如下环节数据处理：外业控制测量、空中三角测量、数字正射影像制作。具体流程如图2所示：

4.1 影像畸变差纠正

由于无人机系统搭载相机为普通数码相机，其拍摄图像存在较大的畸变，为此首先需要利用专业的室外检校场精确标定相机内方位元素及相关畸变参数，然后对测区内全部原始影像进行畸变差纠正。

相机检校参数应包括主点坐标、主距和畸变差方程系数，检校时应在地面或空中对检校场进行多基线、多角度摄影，通过摄影测量平差方法得到相机参数最终解，并整理精度报告，精度应满足：主点坐标中误差不应大于10um，主距中误差不应大于5um，经过畸变差方程式及测定的系数值拟合后，残余畸变差不应大于0.3像素。

4.2 控制点布设

现有无人机系统所用POS系统精度均较差，无法直接应用于数据后处理，所以需利用控制点进行正射纠正。

像控测量可采用静态联测或GPS RTK方式进行观测。

采用静态联测方法时，若测区附近有基准点，像控点直接与基准站进行联测；若无GPS基准站，通过对测区的实地踏勘，充分考虑交通、地形、观测条件等因素，在离测区最近处设临时基站。像控点联测观测15-20分钟。

采用双频GPS用RTK作业模式进行施测时，要求测站观测前流动站先上一个已知点进行检查，两个固定站之间联测相同点，保证像控点的精度，避免粗差。

4.3 空中三角测量

空中三角测量是为正射影像制作提供影像外方位元素及定向控制点，主要作业过程分为相对定向、构建自由网、控制点量测、区域网平差。

绝对定向环节中，在区域网平差计算结束后，基本定向点残差、检查点误差及公共点校差按GB/T 7930执行，当成果仅用于数字正射影像图制作时，高程精度可适当放宽。

4.4 正射影像制作

导入空三加密后生成的DEM数据，结合空三成果，进行正射纠正、匀光匀色和智能镶嵌加上少量的人工编辑得到最终的DOM成果。

影像纠正可采用数字微分纠正等方法，纠正范围选取影像的中心部分，同时保证影像之间有足够的重叠区域进行镶嵌，匀色处理应缩小影像间的色调差异，使色调均匀，反差适中，层次分明，保持地物色彩不失真，不应有匀色处理的痕迹。镶嵌后影像应确保无明显拼接痕迹、过渡自然、纹理清晰。

5 总结

随着技术不断进步，无人机应用越来越广泛。无人机航测以其机动性能高、成图速度快的特点被广大测绘单位应用。本文所举事例测区为一条长度40千米的高速铁路，成图带宽为400米，成果分辨率0.2米。接到任务后从航线设计到成果提交总共用时不到3天。充分体现了无人机快速机动的性能。

参 考 文 献

[1] 吕立蕾，张卫兵，等.低空无人机航摄系统在长距离输油（气）管道1：2000带状地形图测绘中的应用研究[J].测绘通报，2013（4）.

[2] 汤明文.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，2013，46（3）.