无人机低空航摄系统在地形测绘中的应用

西安铁路职业技术学院 秦萌

1 无人机低空航摄系统简介

近些年，我国对无人机系统的研发及发展给予了足够的重视。从行业领域来说，不论是自然灾害的应急事件、海洋环境的调查，还是精准农业等各个领域的研究需要，无人机的均做出重要贡献。中国测绘学会通过多次低空无人机航测实验，在各种航空摄影测量设备的研制上也取得了重大突破。经过几年的发展，无人机技术已逐渐成为满足我国社会经济发展、数字城市建设、应急救援、地质灾害、突发事件处置、环境监测、矿井监测、工程设计等多项需求的一项重要技术之一。

无人机航摄系统的快速发展，使其作为卫星遥感和航空遥感的有益补充手段，具有与其他遥感方式相比明显的优势。作为一种新型的遥感手段，无人机航摄系统经常以无人飞艇、无人固定翼机、无人直升机、无人多旋翼飞行器和无人伞翼机等作为搭载平台[1]。其中，无人飞艇以其巡航速度慢，飞行平稳，留空时间长的优势在低空巡逻及监视方面表现优异。直升飞机具有对起降场地要求不苛刻、抗风能力强、续航时间长、可灵活作业以及飞行稳定等特点。而采用常规布局的固定翼无人机以其高机动性、高荷载性以及气动性能好等优点，能够搭载各种任务设备并且出色完成远距离航拍和巡线等任务。

图1 无人直升机

图2 无人固定翼机

图3 无人多旋翼飞行器

图4 无人飞艇

图5 无人伞翼机

2 无人机低空航摄系统组成

无人机遥感系统由三大部分组成：空中控制系统、地面控制系统和数据后处理系统组成[2]（图6）。

图6 无人机航摄系统的组成

在使用无人机航摄系统采集数据时，基本过程大致如下：根据遥感任务的区域情况及需求，在地面控制子系统中规划飞机飞行线路，将设计好的航线加载到遥感空中控制子系统中。无人机地面控制子系统根据规划好的航线控制无人机的飞行，遥感空中控制子系统按照提前设置好的拍摄模式控制遥感传感器进行拍摄。遥感传感器子系统存储获取的数据，无人机飞行平台使用无线传输通道将飞行数据传输到地面的控制子系统。地面人员可以监控地面无人机飞行路线，如有必要，可以根据接收到的数据改变飞行计划。在拍摄结束时，可以手动控制无人机降落。

3 无人机低空航摄系统在地形测量中的应用

3.1 影像获取

本次实验以大疆精灵4低空无人机配套DGI GO4及Umap飞控软件快速获取被摄区域的航摄影像。无人机低空航摄系统进行影像数据采集的流程如图7所示。

图7 外业流程

3.2 空三加密

导入影像并自动匹配连接点，然后导入地面控制点，并进行刺点。对于数码影像，可运用匹配加连接点的方式进入平差编辑界面，软件会将影像叠拼图与控制点叠加在一起，可根据控制点大图在叠拼图通过匹配加连接点进入刺点。使用匹配加连接点功能在叠拼图上单击后，软件会自动对该位置进行预测，然后进入精调界面进行调整，并在ID里面修改点名保存即可。

图8 刺点

运行平差并导出平差报告：

图9 平差报告

3.3 1比1000地形图绘制

新建模型并进入立体测图界面，戴上红蓝（绿）眼镜，通过鼠标滚轮调整测标高程，鼠标左键点击左上角的符号面板，在模型上画出对应的地物地貌，矢量窗口中即时显示。完成所有规定的地物地貌的绘制后，鼠标左键点击菜单栏文件下设置图幅参数，设置符号比例为1比1000，将起点X,起点Y，右上X，右上Y,按照测图范围进行设置，设置完后点击保存并整饰出版。

图10 1比1000地形图

4 结语

将通过无人机低空航摄系统生成的地形图与传统测量方法测绘的地形图进行比较，分析其数据的精度及可靠性。实验结果表明：在满足飞行条件的前提下，通过小型无人机获取的数据能满足1比1000大比例尺地形图测绘的需求。随着无人机测绘技术水平的不断提高，无人机低空航摄系统在地形图测绘领域的应用前景将越来越广阔[3]。