无人机低空摄影测量在电力行业的应用

贾晓敏 杜永军 张力耘

摘要：无人机具有机动性强、影像分辨率高、系统总体运行成本低等优点。文章以山西中部地区光伏电场应用无人机进行地形图测绘为例，阐述了利用无人机低空摄影测量制作1：1000比例尺地形图的作业流程，并对成果进行了精度分析。

关键词：无人机低空摄影测量；光伏电场；inpho摄影测量系统

中图分类号：TP393 文献标识码：A

The application of low altitude UAV photogrammetry In electric power project

JIA Xiaomin，DU Yongjun，ZHANG Liyun

（Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute of China Energy Engineering Group，Taiyuan 030001，China）

Abstract： Unmanned Aerial Vehicle has high mobility， high image resolution， and low operation cost of the overall system. This paper describes the use of low-altitude UAV photogrammetry production of 1： 1000 scale topographic map of the processes in Shanxi Province in the PV field ， and provides the accuracy of analysis performed results analysis.

Key words： low altitude UAV photogrammetry；photovoltaic power plant；inpho photogrammetry system

0 引言

20世纪80年代以来，随着计算机、通讯技术研发热潮的蓬勃兴起以及各类探测精度高、重量体积轻度小巧的新型数字化的新型数字化传感器的相继面世，无人机的性能获得了迅猛提升，应用范围和应用领域迅速拓展。近年来，基于无人机平台的数字航摄技术已呈现其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机低空摄影测量”成为测绘领域的一个崭新发展方向。不仅可以大大减少外业数据获取时间、丰富测量成果，而且其非接触式的测量手段使外业工作更加安全，因而已然成为现代测量技术的发展趋势。

本文以山西省中部地区光伏电场应用无人机进行地形图测绘为例，阐述了利用无人机低空摄影测量制作1：1000比例尺地形图的作业流程，并对成果重点给出了精度分析。

1 应用实例

1.1 项目概况

本项目为光伏发电项目，主要位于山西省中部地区，测量范围为山区地形，海拔高度1 100米左右。本项目利用无人机搭载高分辨率数码相机拍摄得到影像图，利用Inpho摄影测量系统处理后期数据，制作1：1000地形图。由于测区范围广泛，本文只采用部分区域进行介绍。无人机航拍共6条航线，一共379张像片。

1.2 航空摄影

本次采用航测遥感无人机平台，航摄仪采用天宝UX5。航摄方案技术参数为：航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%，保证全摄区无航测漏洞，航向超出摄区范围6条基线，旁向超出摄区不少于30%像幅。根据飞行高度、大气能见度、太阳高度角等情况正确选择合理的曝光参数，保证影像质量。

1.3 Inpho数据处理

空中三角测量采用德国INPHO公司全数字摄影测量工作站完成，空中三角测量经过像点连接、像控点量测、平差计算过程。该软件能对多种传感器影像进行自动空三加密、DTM、DSM的匹配以及DOM的自动生成。

1.3.1 创建工程

根据航拍获取的数据创建工程文件，设置相机参数，引入影像、GPS/IMU数据，导入像控点，并生成航带。（根据数据的具体情况，设置航程方向、相机安置角、测区地面平均高、平均飞行高度、焦距、像素大小等参数；引入GPS/IMU数据时，数据ID和影像ID要一致，设置标准差。）。具体如图1所示。

此后，即需建立影像金字塔。而建立了影像内部金字塔，可以用于后续显示。建立过程的实现界面如图2所示。

1.3.2 应用Match-AT模块进行自动空三加密

在ApplicationsMaster主界面，单击MPM按钮，进入Photo Measurement Tool界面，设置影像显示Active，检查影像，确认影像相对位置关系正确。

进入空中三角测量对话框，根据实际情况选择点密集度、匹配方式、从几级开始计算。由此而得的连接点分布全景以及详图则分别如图3、图4所示。

本工程在采用空三加密程序Match-AT进行内业加密点加密时，加密点要求尽量布满像片全部范围，6度重叠的航带连接点每张像片不少于3个。按3*3标准位置选点每个区域连接点数量不少于3个，在少点位置予以补点。

量测计算时，数据平差模型为光束法区域网平差。数据处理时，首先将物方标准方差权减小，进行粗差的剔除，然后逐步提高物方权重，确保粗差被全部检测出来。必要时，采用PATB进行二次平差计算。

1.3.3 应用Match-T DSM 模块提取数字地形模型

在Match-T对话框，点击Add按钮，进入参数设置对话框，设置要提取的DTM，地形类型，滤波，特征密度等，并设置格网大小。为此，可得模型视觉效果如图6所示。

1.3.4 应用OrthoMaster 模块进行正射影像纠正

正射影像是根据单张航片的内外方位元素和数字高程模型DEM，采用微分纠正软件对各个模型的数字化航空像片进行影像重采样，纠正影像因地面起伏、飞机倾斜等因素引起的失真，把中心投影转换为垂直投影，从而得到正射影像。

本项目计算时，在OrthoMaster 模块界面，把提取的las格式DTM转换成dtm格式，在OrthoMaster界面导入DTM，修改纠正交迭的百分比，即可进行正射影像纠正。研究可得，最终正设影像呈现如图7所示。

1.4 内业成图

空三加密完成后，在全数字摄影测量工作站MapMatrix完成数据采集工作，采用空三自动恢复模型进行立体测图。在MapMatrix工作站按照要求进行1：1000比例尺地形图测绘工作，量取地面点平面和高程信息等。实现流程如图8所示。

1.5 精度分析

为检验无人机低空摄影测量的精度情况，研究中对该测区1：1000地形图进行了外业检查。检查采用RTK实测地形点和地物点的平面和高程，共测量地形点1652个，地物点313个。测定过程的精度分析如表1所示。

由表1可见，该测区UX5无人机航测成果精度达到了常规1：1000地形图测图要求。

2 结束语

通过对该测区1：1000地形图测量和精度检查，说明无人机低空摄影能完成1：1000比例尺地形图测图要求，对小区域测图项目来说，是一种强大有效的设计方案，具有快速、实用、直观经济的显著特点，极大地方便了很多测绘单位和部门自主开展无人机小区域和应急测绘工作。同时需要指出，无人机依然存在着诸如飞行时间偏短、飞行姿态并非恒稳、单架次的航摄面积小、以及像片数量多等一定缺陷。

随着无人机摄影测量技术的发展，上述问题会逐步得到妥善解决，从而成为常规航空摄影的有效补充。

参考文献

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