关于轻型无人机航摄影像的质量探讨

张耀峰

【摘要】无人机航摄系统作为传统航空摄影测量手段的有力补充，在小区域大比例尺地形测绘领域发挥了积极有效的作用。本文主要从像片重叠度、像片旋偏角、地面分辨率、飞行记录、数据格式等几个方面对轻型无人机航摄获取的影像进行检查和分析，探讨无人机影像质量检查的内容、存在的问题和改进方式。

【关键词】轻型无人机、航摄影像

1.前言

无人驾驶飞机简称无人机，是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶航空器。早期无人机的研制和应用主要用作靶机，应用范围主要是在军事上。随着电子技术的飞速发展，轻型无人机在远程遥控、续航时间、飞行品质上有了明显的突破，成为近几年兴起的新型航空遥感手段。无人机低空摄影测量作为一种空间数据获取的重要手段，是传统航空摄影测量手段的有力补充，在快速获取小区域和飞行困难地区高分辨率影像方面具有明显优势。随着无人机的发展，其越来越多地被用于影像获取，在资源调查与监测、突发事件处理等方面取得了丰硕的成果。

2.项目概况

1、项目背景

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城45km，距昆明约260km，至重庆、成都、贵阳均在400km左右，至华东地区上海的直线距离为1850km。电站上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，距溪洛渡水电站195km。

2、地理地貌情况

白鹤滩水电站施工区以金沙江为界，左岸隶属四川省宁南县，右岸隶属云南省巧家县。宁南县位于凉山州东南部，地势西北高东南低，地形以山地为主，最高海拔3919米，最低海拔580米。巧家县位于云南省东北部、昭通市西南部，地理位置102°52′～103°26′、北纬26°32′～27°25′。巧家县属典型的亚高山深切割地貌，最高海拔4041米，最低海拔517米，最大高差3524米。

3、气候概况

工程区地处亚热带季风区，冬半年受青藏高原南支西风环流影响，盛行西风环流，天气晴朗干燥，降雨稀少；夏半年受副热带西风和西南季风影响，水汽较为丰沛，降水较为频繁、集中，年内干、湿季的交替变化极其明显。

根据白鹤滩筹备组水文气象中心2011年12月—2012年11月风向风速统计表结果显示，每年8～9月风速小于2m/s，拟定在8～9月进行航空摄影。

4、摄区范围

根据《白鹤滩施工总布置图（2012年12月版）》中所示施工区红线范围，自施工区上游金江滑坡体开始，下游至左岸炸药库结束，左、右岸包括白鹤滩镇及大寨沟梯级挡渣坝；另外还包括下游的恩子坪滑坡体范围，整个区域约30平方公里左右。

3.投入的设备

1、飞行平台：采用ZC-1型（测量型）无人机。

ZC-1型无人机航摄系统由无人机飞行平台（含机载飞控系统）、小型数码相机系统、地面监控系统、数据预处理系统以及地面运输与保障系统等五部分组成。其中机载飞控系统是以GPS导航为基础具备姿态、速度和高度精确控制与数据记录的自动驾驶仪；小型数码相机系统包括千万像素级面阵数码相机和數码相机旋偏角修正云台。

该机型结构坚固、姿态平稳、抗风能力强、续航时间长、航摄效率高。特别适合小城镇新农村建设，国土资源普查，矿产资源监测，石油公路铁路电力选线工程等重大工程建设，海岛礁测绘工程等领域的高分辨率影像获取。

2、航摄传感器

ZC-1型（测量型）搭载佳能5DmarkII型数码相机，相机焦距为35mm。数码相机为非量测型相机，执行航摄任务前进行严格检校：

检校精度应满足：主点坐标中误差不大于10μm，主距中误差不大于5μm，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。

航摄仪：佳能数码相机（5DmarkII）

焦距：35mm

相幅大小：5616*3744像素（5DmarkII）

物理相幅：36mm*24mm（5DmarkII）

像元大小：6.4μm（5DmarkII）

相机径向、切向、正形畸变方程：

4.航摄设计

1、摄影分区的划分

按照CH/Z3005-2010《低空数字航空摄影规范》要求，摄区内地形高差大于1/4相对航高时，需进行摄影分区。实际设计中，采用提高分辨率、加大重叠的方式来弥补高差的缺陷，本测区共分4个测区，其中恩子坪单独作为一个区域，无人机共用两个架次完成飞行。

2、飞行质量

①航线敷设方向

以矩形摄区的长边方向敷设航线，平行于摄区边界线的首末航线一般敷设在摄区边界线上，1区、2区和恩子坪按南北方向飞行，3区按东西方向飞行。

②航向和旁向重叠度指标

根据无人机航空摄影的特点，本次设计航向和旁向重叠度要求如下：航向重叠度65%，旁向重叠度30%。

③旋角指标

旋偏角分解为偏角和偏角，像片旋角一般不大于15°，在确保像片航向和旁向重叠度满足要求的前提下，个别最大旋角不超过30°，在同一条航线上旋角超过20°像片数不应超过3片。超过15°旋角的像片数不得超过分区像片总数的10%。

3、影像质量

①影像类型

真彩色航空摄影。

②地面分辨率

按照成图要求设定地面分辨率。本次飞行地面分辨率设定在0.1m。

③影像清晰度指标

航摄影像上不应有云、大面积烟、大面积反光、污点等缺陷。

④曝光方式

采用定点曝光的形式，即设计好曝光点坐标，坐标匹配后即控制相机曝光。

⑤文件命名方式

按照《国家基础航空摄影成果资料的格式和注记》中的要求进行。

4、像控测量

像控测量工作主要包括：前期准备、内业布点、外业实测、GPS数据解算和成果整理。

5.成果质量

本次实际飞行中共计拍摄航片901张，其中2张为地面检测相机状态照片。地面采集像控点75个。全幅正射影像图6份，正射影像图画册6份。

1、飞行质量

本次飞行中，航摄区域内航向重叠度在58%至68%之间、旁向重叠度在21%至37%之间，满足规范要求；航线飞行平直，弯曲度在1%以内，旋偏角小于8°，倾斜角小于3°，符合规范要求；飞行拍摄的航片覆盖全部拍摄区域，无开窗现象。

2、影像质量

获取的原始影像信息丰富，色彩、反差适中，纹理清晰，清晰度较好；影响地面分辨率0.1米，符合要求。

3、数据质量

航摄飞行记录齐全，影像数据格式符合要求，数据完整命名正确。

6.结束语

本次飞行项目按照合同和设计书要求完成了白鹤滩航空摄影任务，飞行范围主要包含4大区域、飞行面积45平方公里，生成全幅正射影像图6幅，制作完成正射影像图画册等工作。

飞行质量（包含重叠度、旋偏倾斜角、航线弯曲度）、影像质量（包含色彩清晰度、地面分辨率）、数据质量（包含飞行记录、数据格式）均符合要求。

通过这个项目，我们深刻了解了无人机航摄在实际应用中能够提高航摄影像的质量以及提高数据的准确率。

参考文献：

[1] 金伟，葛宏立，杜华强，等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息，2009（1）

[2] 杨爱玲，孙汝岳，徐开明.基于固定翼无人机航摄影像获取及应用探讨[J].测绘与空 间地理信息，2010（33）