无人机在测绘中的应用
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摘要：自上世纪80年代以来，无人机测绘系统成为世界各国竞相研究的热点课题。随着计算机技术、通讯技术的发展，无人机的性能也水涨船高，应用范围和应用领域迅速拓展。本文结合实际测绘项目对无人机测绘进行了详细的探讨并提出了几点其需改进的意见。
关键词：无人机；测绘；应用
Abstract: since the 1980 s, the unmanned aerial vehicle (uav) mapping systems around the world compete to become one of the research hot spot topic. With the development of computer technology, communication technology, the performance of unmanned aerial vehicle (uav) is rising, rapidly expand the application scope and application fields. Combining with the actual project of surveying and mapping surveying and mapping for unmanned aerial vehicle has carried on the detailed discussion and puts forward some need to improve.
Key words: unmanned aerial vehicles (uavs); Surveying and mapping; application
中图分类号：V279+.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。近些年，无人飞机航摄系统在测绘方面的应用越来越广泛。卫星遥感和常规航摄技术由于周期长、费用高，无法及时有效地满足应急测绘、小面积高分辨率地理信息数据更新的需求。无人飞机航摄系统是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。
一、无人机测绘概述
现有的卫星遥感和普通航空摄影存在以下问题：卫星影像时效性不强，分辨率低；普通航空摄影缺乏机动灵活性；很难获取云下影像；一般用户不能自主拥有和应用。对土地利用动态监测、土地执法检查、地质灾害、矿山乱采乱挖等需要重复监测和测绘的工作，迫切需要开发新的遥感技术手段，无人飞行器遥感监测技术为这种应急需求提供了一种新的技术途径。
基于无人机技术的测绘遥感系统，使其具有高分辨率影像快速获取与处理能力，前期检校、测试后，按照项目需求获取大比例尺航空影像资料进而测制数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）、数字线划图（DLG）、真正射数字正射影像图（TDOM）的功能需求。
二、无人机的优势及系统组成
1、无人机的优势
1.1云下摄影，受气候影响小，可低空飞行。可以高效地获取高精度航空影像，极大地提高测绘成果的现势性，大幅度提高测绘应急保障服务能力。
1.2摄影方向任意，比航空摄影测量应用范围更宽广。
1.3较小遮挡，场地限制少，效率高。
2、无人航机测绘的特点
2.1机动快速的响应能力
无人机航测通常低空飞行，空域申请便利，受气候条件影响较小。对起降场地的要求，可通过一段较为平整的路面实现起降。升空准备时间15分钟即可、操作简单、运输便利。车载系统可迅速到达作业区附近设站，根据任务要求每天可获取数十至两百平方公里的航测结果。
2.2地表数据快速获取和建模能力
系统携带的数码相机、数字彩色航摄相机等设备可快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。
2.3突出的时效性和性价比
相比卫星和有人机测绘，可做到短时间内快速完成，及时提供用户所需成果，且价格具有相当的优势。相比人工测绘，无人机每天至少几十平方公里的作业效率必将成为今后小范围测绘的发展趋势。
1、项目概况
祁连纳子峡水电站正摄影像图测量试验2010年9月，相关测绘部门在该地区开展了水电站的测量试验项目。祁连山属高原高海拔地区，地理环境与气候条件都比较特殊，主要面临以下困难：
①没有起飞和降落场地，因此采用了借助弹射架起飞和伞降回收。
②天气变化比较快，短时间内可能出现阵雨和晴天交替的情况。为抓住航飞时机，需要在起飞地点随时准备起飞，降落后迅速检查相片，根据情况进行补飞。
③山高上空风速较大，需要加大旁向和航向重叠度，避免出现航摄漏洞。试验过程中无人机飞行了5个架次，前一次飞行进云。设定绝对航高1200m，旁向、航向重叠度分别为75%和40%，飞行时间80min，获取航片2600多张。
2、航线规划和测区划分
在地区进行航飞需注意风速，保持安全的航高，采用1∶10000地形图进行精确的高度判准，使航飞的高度保持在安全的区域。同时要划定不同的测区，精度要求比较高（1∶1000或1∶2000等）的海岛沟壑地带、精度要求较低的山头地带要分开划分测区。并根据海岛的具体情况，避免气流突变，确保飞行安全。
3、像控布设
考虑到项目工期紧张及飞行的具体情况，像控点的布设采用400m正方形格网布设，角点处周围即作为像控点的采集区域。测区凹凸处适当增加像控点，像控点对最近基础控制点的平面位置中误差不大于0.2米，高程中误差不大于0.2米。
4、影像数据预处理
由于无人机航拍加载的相机均为非量测相机，其相片边缘存在光学畸变，改变了实际景物的地面位置，需要对其进行畸变差改正后方可进行空三加密。
数据预处理还包括按照飞行方向将相片进行适当旋转（相邻航线的相片旋转角度相差180°）和格式的转换。
5、空三加密
空三加密是无人机影像处理的关键，也是整个处理流程的难点，对后续成果的精度直接影响。无人机影像相幅小，数量多，一个小的区域网就会有上千张影像，且由于无人机飞行受外界条件影响，航向和姿态角的偏差较大，采用传统的加密方法及软件无法满足要求。
为此，本项目采用PixelGrid，该系统是专门针对无人机影像的特点而开发的无人机影像处理模块（空三加密流程如图所示）。在相对定向和模型连接完成后，针对因航飞不稳定造成模型连接不稳定的地方，定义航带初始偏移量时适当增加偏移点个数，提高转点的成功率和精度。对于部分连接失败的，通过人工干预增强连接强度。
该项目自由网解算连接点上下视差保持在1个像素以内，那么模型连接较差达到规范要求。控制点、检查点均在立体观测下准确测量。加密运算结果平面精度0.47m，高程精度0.3m，达到项目的精确测量目的。空三加密的精确度如图所示：