无人机数字摄影测量技术在电网铺设地形测绘中的应用

徐纯明

摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着科学技术的飞速发展，小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，成为了近几年兴起的新的航空遥感手段，并在遥感界被普遍认为具有良好的发展前景。本文就无人机数字摄影测量技术在电网铺设地形测绘中的应用展开探讨。

关键词：无人机;数字摄影测量;电网铺设;地形测绘

引言

能源为整个社会发展的核心，现阶段我国能源消费主要是煤炭，因此导致生态环境逐渐恶化。随着我国经济的迅猛发展，人们对能源的需求越来越高，电网铺设范围愈加广泛。但是电网铺设缺乏新的地形资料，影响电网铺设的规划设计，需完成对其的勘测，获取新的地形数据。地形数据的获取通常可选用实地探测或常规航空测量的方式，然而上述方式所需时间长且测量精度低，无法达到工程設计要求。无人机数字摄影测量技术为现阶段较为先进的测绘技术，能够高效实现地形数据的采集，为电网铺设规划提供重要依据。

1无人机数字航测作业流程

无人机数字航测作业一般包括航测外业和航测内业，外业主要由地面联测（影像控制测量）、航摄飞行规划设计、航摄飞行等环节组成;内业主要由测量数据处理、导航数据处理、影像数据处理、空三加密、基于全数字摄影测量工作站（DPW）的测绘数据采集等环节组成，由于无人机航摄系统的航摄仪一般采用的是非量测性的普通数字相机，其相机参数未知，因此无人机作业中还应包含数字相机的高精度几何检校等内容。无人机低空数字摄影是通过无人机、飞行控制设备和影像获取设备在地面控制遥测遥控设备的指令下获取小面积、真彩色、高分辨率和现实性强的航空影像的过程。无人机低空数字摄影具有传统航空摄影测量不可比拟的优势：首先该系统技术门槛较低，使一些非专业航空摄影测量单位进行航摄成为可能;其次作业简便快捷，可以在数小时以内完成风电场航空摄影;再次，无人机实施云下作业，拓宽了航摄条件;另外，由于无人机航摄项目测区小，航线较短，不必按照传统航测考虑地球偏转因素使航线按东西方向敷设，在生产中为了削弱风速的影响可以南北向敷设。

2无人机数字摄影测量技术在电网铺设地形测绘中的应用

2.1无人机摄影测量的特点

无人机摄影测量系统有其自身的特点，主要表现在以下几方面：（1）无需机场起降，一般有一段净空条件稍好的平整公路或者草地即可;（2）能低空作业、云下摄影，获取的影像分辨率在0.05～0.5m范围之间，分辨率高;（3）整系统集成度高，装载于运输车中，也可进行铁路和航空的托运，方便在全国范围内执行任务;（4）整系统的维护、维修成本低，总体运行成本低;（5）无人机测绘遥感系统所携带的数码相机幅面比传统航摄相机的幅面小的多，因此单架次的航摄面积不能过大。（6）无人机测绘遥感系统地面监控站的监控范围一般在20公里以内，因此，飞行平台尽量不要超过20公里的飞行范围。（7）目前飞行平台的最大滞空时间为2小时，为了保证能安全回到起飞点，应预留20分钟的滞空时间，实际的作业时间在1.5小时以内。

2.2数字影像畸变纠正

光学畸变为影像像点坐标的关键，会导致物点、像点与映射中心不处于同一直线，影像形状出现改变，以及摄影精度降低等，需对其进行纠正。通常数字影像畸变纠正主要是完成两个二维影像间的几何交换，不仅如此，还应掌握原始数字影像和纠正数字影像间的关系。假设某点在原始无人机数字摄影影像中的坐标用q（x，y）进行描述，该点在纠正后影像的坐标用Q（X，Y）进行描述，二者之间有以下映射关系：

式（2）代表的是纠正后的像点Q（X，Y），按照像片内外元素和Q点的高程对其在原始图像上的点q（x，y）进行逆求解，通过内插获取Q的灰度值后，把灰度值赋予Q，利用反解法实现畸变纠正。获取无人机数码相机相关参数后，完成摄影测量任务。将数字影像应用于电网铺设地形测绘中时，应通过相机校验参数调整影像的畸变差。现阶段，大量学者对畸变差调整模型进行研究，数码相机畸变的总调整模型可描述成：

式中，x?，y?用于描述像点修正值;x，y用于描述像方坐标系下像点坐标;0x，0y用于描述像主点;

用于描述径向距离;h₁、h₂用于描述径向畸变系数;p₁、p₂用于描述切向畸变系数;α用于描述CCD非正方形比例系数;β用于描述CCD非正交性畸变系数。

2.2精度分析

基于DPGrid-LAT软件平台的无人机低空数字摄影测量技术进行风电测绘的精度影响因素主要有设备观测误差、人工量测误差和气象等外界因素影响产生的误差;首先，由于无人机低空数字摄影系统在设计、制造和设备校验过程中不能避免的存在传感器量化过程带来的系统误差;其次因人感官鉴别能力、技术水平和工作态度的差异而导致在像控测量、空三和数据采集时产生的人为误差;再次由于天气状况对无人机姿态和成像质量的影响产生的误差。

2.3无人机航摄误差分析

无人机对紊乱气流的抵御能力相对较差，主要受到其负载与提及的影响。无人机航摄瞬间有很大的翻滚角、俯仰角与偏航角，因为控三测量平差时需构造有效的误差方程，方程解的优劣对无人机数字摄影倾斜角有要求，尽管采用的数据处理方式对大倾角影像适应性很高，然而为空三收敛准确性带来了很大的难度。无人机数字摄影测量质量直接影响空三准确性，现阶段不能建立高准确性POS系统，得到的POS数据不能完成空三联合平差，仅可将其看作初始值。

结语

将无人机数字摄影测量技术应用于电网铺设地形测绘中，能够高效实现地形数据的采集，为电网铺设规划提供重要依据，得出结论如下：（1）纠正前影像存在严重的变形情况，而纠正后影像符合实际条件。（2）在正常风力状态下，除测区外边缘存在少量不符合要求的影像，其余影像均符合技术要求。（3）测验点平面误差和高程中误差均满足测绘要求。

参考文献

[1]戴中东，羊远新，孟良.低空无人机在高原大比例尺地形图测绘中的应用.工程勘察，2018;44（11）：50-55.

[2]李振萍.基于GIS的青海省内能源矿产深部开采中的地质测绘方法研究.科技通报，2019;33（6）：63-66.

[3]李萌，李媛，宋文平.小型无人机低空摄影测量在土地确权应用中的探究——以陕西试点区域为例.江西农业大学学报，2019;38（4）：760-766.

[3]张建霞.基于SWDC的数码航空摄影测量研究与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2018：21-33.

[3]万幼川，张永军.摄影测量与遥感学科发展现状与趋势[J].工程勘察，2019（6）：6-12.

[4]张建霞，刘宗杰，刘先林.国产数码航摄仪应用于我国西部测图分析[J].测绘科学，2018（1）：36-38.

[5]国家测绘局，中华人民共和国国家标准数字航空摄影规范：GB27920.1-2018[S].北京：测绘出版社，2012：12-15.

[6]万幼川，张永军.摄影测量与遥感学科发展现状与趋势[J].工程勘察，2019（6）：6-12.

[7]张建霞.基于SWDC数字航摄仪的界址点测量应用初探[J].测绘科学，2019（3）：136-140.

[8]程鹏飞，成英燕，文汉江，等.国家大地坐标系实用宝典[M].北京：测绘出版社，2018：64-77.

[9]党亚民，秘金钟，成英燕.全球导航卫星系统原理与应用[M].北京：测绘出版社，2018：134-157.