某矿区1:1000比例尺的无人机数字航空摄影研究

康红星

（中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

无人机在航空摄影中的应用越来越广泛，能十分的方便、快捷且精确的完成摄影任务，为之后的测量工作提供可靠的参考依据，保证测量的准确度，值得大范围应用和进一步推广[1]。

1 项目概况

测区范围共有7个分区，界线图如图1所示。

图1 测区界线图

根据XXX的实际需求，本项目需要获取测区影像数据，完成DOM、DLG成果的生产。其中，第1分区需求比例尺为1：1000，其他分区需求比例尺为1：2000；地面分辨率均采样为0.1m。根据项目需求，本项目的主要工作有无人机航空摄影、像片控制测量、地物地貌要素调绘、航摄数据处理、相关图件输出等。具体任务量如表1所示。

表1 数据获取与生产计划面积（单位：km2）

2 无人机数字航空摄影

2.1 基本要求

2.1.1 相片重叠度

航摄分区的划分需按照地形特征进行，以分区要求为依据，航摄最低点的地面分辨率应达到0.1m以上。航向重叠度通常在60%～80%范围内，不能低于53%；旁向重叠度通常在15%～60%范围内，不能低于8%。

2.1.2 摄区边界覆盖保证

航向覆盖超出摄区边界线应达到两条基线以上。旁向覆盖超出摄区边界线通常要达到像幅50%以上；在方便对像片控制点进行施测量且不会对内业正常加密造成影响时，旁向覆盖超出摄区边界线应达到像幅30%以上。

2.1.3 航高保持

在同一条航线上，两个相邻的像片，其航高差应控制在30m以内，最大和最大航高，相差不能超过50m，而实际和设计航高之间相差不能超过50m。

2.1.4 漏洞补摄

在航摄中存在的相对与绝对漏洞都应及时进行补摄，采用前一次航摄过程中所用的数码相机进行，补摄时，航线两端需要超出漏洞以外两条基线。

2.1.5 影像质量

影像必须清晰，且层次丰富，反差适中，色调柔和；可容易分辨出地面分辨率良好的狭小地物影像，也可建立完整的立体模型。在影像上，不能存在缺陷，包括云、云影、烟、大面积反光、污点。确保因飞机地速的影响，在曝光瞬间造成的像点位移一般不应大于1个像素，最大不应大于1.5个像素。

2.1.6 平面位置与高程精度

平面位置中误差应满足表2的要求，高程中误差应满足表3的要求。

表2 平面位置中误差（单位：m）

表3 高程中误差（单位：m）

2.2 航摄系统选择

2.2.1 飞行平台

飞行平台应达到以下要求：续航时间不少于1.5h；可在四级风力条件下安全飞行；巡航速度通常在120km/h以内，最快不得超出160km/h；对航路点及曝光点的存储数量应达到1000个以上；对于导航定位GPS，应达到以下要求：数据输出频率达到4Hz以上，可使用双频GPS差分定位或精密单点定位对实际曝光点的坐标进行解算[2]。

2.2.2 航摄分区划分

在对航摄分区进行划分时，应严格遵循下列基本原则：分区界线必须和成图范围线完全一致；分区中的地形高差应控制在航摄航高1/6以内；当地形高差可以满足以上要求，且可以保证航线保持直线的基础上，尽可能增大分区跨度，以覆盖整个摄区为准。

2.2.3 航摄设计计算

依据航摄相机参数、分区地形起伏、像片重叠度以及飞行安全条件等因素确定各分区基准面高度；同时计算摄区最高点重叠度、最低点地面分辨率等参数，并检验其能否达到设计要求。

2.2.4 航线生成和编辑

在地面站系统中进行航线的设计，分别将每个摄影分区的范围坐标输入到地面站软件，根据航飞设计来设置航线的间距和飞行的方向，软件可自动生成航线文件，根据需要可进行航线的局部编辑。

2.2.5 航摄时间选择

在航摄过程中，除了要有良好光照度，还要避免太大的阴影；通常情况，建议在正午前后1h之内进行航摄，在条件允许的情况下，可进行云下摄影。

2.3 航摄实施要求

2.3.1 场地选择

无人机的起飞和降落主要有两种方式，即滑起滑降落和弹射伞降落，现有无人机只有应急伞，在紧急状况下可使用伞降的方式，在条件允许的情况下优先选择滑起滑降。采用该方式时，要有长度不少于150m的平直跑道，可选择与摄区相距较近的公路或开阔工地。

2.3.2 起飞前检查

在航摄过程中，安全为第一要素，将飞机组装好后，必须做好检查与记录，在保证安全的前提下才能开始飞行。需检查的项目有：俯仰检查、滚转检查、水平设置、空速检查、高度计检查、转速检查、遥控器检查、GPS定位检查、震动测试、电池测试、数传发射对传感器的影响测试、接插件检查、风门设置检查、动态传感器数据观察、空速计系数、相机检查。

2.3.3 地面站监控

在无人机升空之后，通过地面站对无人机实际工作状态实施监控，对于地面站的工作人员，应随时检查无人机转速、飞行高度与飞行速度，当发现异常时应立即作出判断并采取有效措施解决。

2.3.4 现场数据整理和检查

航摄结束后，需在现场检查并整理航摄数据。通过检查确定曝光点数和影像数是否完全一致，如果不一致，应立即确定原因；通过检查确定航线记录值和实际飞机影像数是否完全一致。数据整理要在原始影像每张都可以打开，且每张都存储完整、不发虚、曝光适中的条件下进行。航摄完成后，需在现场填写记录表。

2.3.5 航摄补飞

以航摄鉴定表为依据，现场航摄负责人确定需要进行重新飞行或补充飞行的区域，同时组织人员进行，对鉴定表予以必要的修改及补充完善。

2.4 航摄数据预处理

2.4.1 预处理内容

①创建项目文件目录，导出影像数据文件并进行原始数据备份存档；②对影像的质量进行检查，包括清晰度检查、信息量检查、色彩、明暗、云、烟雾、重叠度、旋偏角的检查等；对存在小缺陷的影像予以辐射校正，并填写鉴定表；③对缺陷相对较大的区域实施补飞设计，并通知现场人员准备开始补飞；④制作真彩色像片索引图；⑤对项目资料进行整理，汇编其它成果。

2.4.2 航摄像片命名

根据相关技术规范，结合项目具体情况，像片的文件名主要由3位字母和9位数字组成，比如RHA01001001.jpg，具体规则如表4所示。

表4 航摄像片命名规则

2.4.3 补飞数据整理原则

①以航摄检查与修正完成后的设计文件为依据，分析补费数据，确定补飞具体类型，如替换航线、替换航片或插入航线。②当补飞为替换航线或航片时，在整理数据的过程中需将原片删除，但命名不变，将GPS点为修改成替换之后的数据。③对于插入航线的情况，航线编号应依据上一次航摄的最大航线编号顺延。

3 结论

（1）在大比例尺地形图测绘项目中，无人机数字航空摄影有很大技术优势，能有效减少人员工作量，并能提高测量精度[3]。

（2）在实际的无人机数字航空摄影过程中，应高度重视基本要求、航摄系统选择、场地选择、起飞前检查、地面站监控、现场数据整理和检查、航摄补飞、数据预处理等要点，保证摄影顺利完成，并达到预期的效果。