低空无人机遥感测绘技术及其质量控制

低空无人机遥感测绘技术及其质量控制 低空无人机遥感测绘技术及其质量控制

王启磊

（中国土木工程集团有限公司，北京 100190）

摘 要：低空无人机遥感测绘技术的应用是测绘领域的一项创新举措，利用无人机灵活、高效、分辨率高等优点，使得信息的采集和处理能力有了显著的提升，而且无人机在复杂的地形地势环境下也可以有效作业，极大的减少了测绘成本的投入，测绘精度也可以得到一定的保障。本文论述低空无人机遥感测绘技术的优势特点，并对遥感测绘系统的组成结构和质量控制要点加以分析，以期实现低空无人机遥感测绘技术的推广应用。

关键词：低空无人机；遥感测绘技术；优势特点；质量控制

1 无人机遥感测绘技术的优势特点

一般来说，低空无人机遥感测绘技术具有快速高效、机动灵活和分辨率高、处理效率快三大优势，在应急测绘项目中发挥了不容忽视的作用。

1.1 机动灵活

相比于大型飞机的笨重、难于控制、以及对起飞和着陆场地的严苛要求，低空无人机的机动灵活一直饱受好评，其机身轻便、灵活，有着较高的承载力，对起降场地的要求也比较低，尤其是在地形复杂、起降困难的场地，低空无人机的优势将会充分的发挥出来，其性能远远超过了大型飞机。而且低空无人机无论是在高山、低谷，还是海洋、湖泊，都能够获取高清的影像资料，为环境保护、灾区救援等工作提供了可靠的技术支持。

1.2 分辨率高、处理速度快

低空无人机遥感测绘技术的分辨率高，最高分辨率可达到0.1m，在处理速度上也优于GPS技术和GIS技术，每日单机摄影覆盖面积可达到100m2以上，是常规测绘技术的30倍以上，能够很好的满足地理信息的测绘需求。通过对测绘图像的编辑、加密处理，最终得到的图像会更加清晰，既能够符合地理信息测绘标准，又能够符合用户的实际使用要求。此外，由于低空无人机遥感测绘技术不需要专业的飞行班组，测绘的时间较短，而且能够自动处理信息，减少了人力成本的投入，所以测绘成本得到了极大的缩减。

2 无人机遥感测绘系统的构成

2.1 遥感信息采集系统

低空无人机遥感测绘系统的遥感信息采集系统主要包括无人机遥感平台、飞行控制系统和地面监控系统三大组成部分。

无人机遥感平台。无人机遥感平台可以说是遥感信息采集系统的核心装置，构成元件有无人机、传感器、机载飞控，测绘工作主要依靠无人机来开展。

飞行控制系统。飞行控制系统是用于控制无人机的装置，组成元件有GPS定位器、加速度计、陀螺等，当地面监控系统发出信号后，飞行控制系统会对信号进行解析，向无人机发出数字指令，控制无人机进行相应的动作，并对无人机的高度、速度、位置进行调整，以实现信息的精确采集。

地面监控系统。地面监控系统是低空无人机遥感测绘系统的神经中枢，由计算机、全向天线、监控软件等设备构成，通过监控软件了解无人机的飞行情况，以便对飞行参数进行实时的监控，确保无人机航线的正确，避免无人机深入到危险区域，同时利用全向天线接收和发送信息。

2.2 遥感信息处理系统

低空无人机遥感测绘系统的遥感信息处理系统由遥感相片处理、空中三角测量系统和全数字立体测量系统组成。

遥感像片处理。遥感相片处理是根据任务航摄规范表、相机检定参数等初始文件对原始像片进行航带整理、质量检查、预处理、拼接、畸变改正等,形成可供野外像控测量和室内空三处理的像片文件。

空中三角测量系统。空中三角测量系统是遥感信息处理系统的核心部分,根据整理好的航带列表,确定航线间的相互关系,对影像进行内定向,经过影像间连接点的布局、像控点量测、平差计算进行自动空三加密,以此建立三维立体模型,并进行模型定向以及生成核线影像。

全数字立体测量系统。全数字立体测量系统由专用的立体观测设备、手轮脚盘、三维鼠标等硬件和若干软件模块组成,可高度自动化地生产数字测绘产品,包括数字高程模型(DEM)的提取和编辑、数字正射影像图(DOM)的生成和镶嵌、各种比例尺数字线划地形图(DLG)的测绘与编辑等。

3 主要质量控制点

3.1 航线规划

在应用低空无人机遥感测绘技术之前必须要做好航线规划工作，这是测绘工作顺利开展的基础，也是保障测绘质量的有效措施。根据测绘地点和测绘要求选择最佳的航行路线，这关系着测绘成本以及测绘精度，要想降低测绘成本，提高测绘质量，对无人机航线进行科学、合理的设计规划是非常必要的。航线规划的关键要点如下：第一，确定航线走向，查看测绘区域内是否有水源、泥潭和沼泽，防止无人机进入到上述危险区域；第二，进行区域划分，地形高程控制在摄影高程的15%以内，确保测绘范围对测绘区域的全面覆盖；第三，选定摄影基面，分析航行高度是否得当，验证地面分辨率和像片重叠度，最低地面分辨率和最小像片重叠度应分别位于摄影区域的最低和最高处，唯有如此才能减少测绘误差，保证所成图像的精度。

3.2 航摄质量

在低空无人机遥感测绘技术的应用过程中还要加强对航摄质量的检查，重点检查飞行质量和影像质量，一旦发现航摄质量不符合要求要及时调整航线，让无人机对该区域进行重新测绘，避免因局部区域的测量失误影响到测绘的整体质量。飞行质量的检查主要是对摄影范围、角度、航行高度、像片重叠度进行检查，确保上述技术指标的误差在最大允许范围内。影像质量的检查内容有影像的清晰度、分辨率、色调、层次等，如果影像模糊、分辨率低，或者存在大面积反光、污点、重影、错位，就要对影像对应区域进行重新测绘。

3.3 像片控制网

低空无人机遥感测绘技术通常应用于应急救援，所测绘的区域往往呈不规则分布，像片控制网应该根据区域网的具体环境进行布设，二者之间的距离要满足无人机的性能要求，尤其要注意的是，由于像控点的位置对空中三角测量精度产生较大的影响，所以要以此为依据对像控点进行合理设计。像片控制网的质量控制主要从三方面入手，即布网阶段的控制、像控点的选择、像控点的采集。布网阶段要分析像片控制网的设计是否合理，与航行区域是否一一对应；所布设的像控点能否覆盖整个区域，与测绘地形的契合度；布点的密度是否适宜，是否需要在航线两端增加像控点。像控点的选择则要检查像控点的位置与旁向重叠中线以及方位线的距离，如果距离过近要适当的进行过调整；像控点是否为地面上标志性的物体，刺点是否清晰，刺点位置是否与实际物体的位置相符。像控点采集的质量控制在于仪器的检查，测绘方法的选取，操作是否得当，确保仪器的性能和精度符合测绘需求，测绘方法科学、可行，操作准确、到位。

3.4 模型创建

作为遥感信息处理的核心技术,由影像列表、内定向、确定航带相对关系、连接点布局、提取、编辑、平差解算、模型创建、匹配、定向、生成核线影像等关键技术路线组成,多由遥感信息处理系统软件完成。由于该部分工作直接影响到立体模型及相关数字测绘产品的精度,作业过程中,除严格按要求操作外,关键步骤宜同步平行操作进行校核,以保证处理工作的质量。

3.5 立体测图

立体测图阶段的主要检查内容包括：①地形要素选取以及表示方法的的合理性；②地形要素空间位置的准确性；③相邻模型间以及相邻区域间图形之间的三维接边精度；④空间地理信息属性特征的正确性。

4 无人机遥感测绘技术应用实践案例

利用低空无人机遥感测绘技术对台山风电项目进行测绘，规划的航行路线如下：本次测绘共分成6个测绘区域，70条航行线路，覆盖面积可达180km2，无人机沿着东西方向航行，地面分辨率在0.14和0.18m之间，旁向重叠度为40%，航向重叠度为70%，摄影区域内没有拍摄死角，经过测试该航线符合测绘要求，可以对测绘区域进行全面的覆盖。无人机飞行中向地面发出的影像非常清晰，层次分明，色彩匀称，未出现大面积反光和重影现象。经过后期处理后，获得了1120个立体像对，生成区域DEM63km2，制作DOM63km2，测绘1：5000地形图60km2。在此基础上,又成功应用低空无人机遥感技术完成江西永泰航电枢纽库区测绘，低空遥感160km2，共布设5个航飞区域，42条航线，获取1812个立体像对，测绘1：5000库区地形测绘120km2，通过外业实地检测，平面和高程精度中误差均符合规范要求。

5 结语

无人机遥感测绘技术作为近年来的新兴技术，给测绘工作带来了极大的便利，测绘精度也有了明显的提升，但是该技术在应用过程中需要特别注意一些问题，如航线规划、航摄质量的检查、像控网的设计、像控点的选择等等，因此测绘人员应加强对低空无人机遥感测绘技术的研究，切实做好质量控制措施，确保该项技术能够真正的发挥实效。

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中图分类号：P237

文献标识码：A

文章编号：1671-0711（2017）04（下）-0068-02