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關鍵詞:無人機系統(tǒng)；快速測繪；分析
Abstract: Combined with the actual, this paper introduces the concept of the UAV system fast mapping, and analyzes the specific operating processes and advantages and disadvantages, for your reference.
Key words: UAV system; fast mapping; analysis
中圖分類號:TP79文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）
近年來,隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展,地表形態(tài)發(fā)生著劇烈變化,迫切需要實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的快速獲取與實時更新。航空攝影是快速獲取地理信息的重要技術手段,是測制和更新國家地形圖以及地理信息數(shù)據(jù)庫的重要資料源,在空間信息的獲取與更新中起著不可替代的作用。應實時化測繪的需求,無人機航攝近年來發(fā)展迅猛,隨著無人機與數(shù)碼相機技術的出現(xiàn)與發(fā)展,基于無人機平臺的數(shù)字航攝技術已顯示出其獨特的優(yōu)勢,在應急數(shù)據(jù)獲取與小區(qū)域低空測繪方面有著廣闊的應用前景。無人飛行器與航空攝影測量相結合,成為航空對地觀測的新遙感平臺被引入測繪行業(yè),加上數(shù)碼相機的引入,就使得“無人機數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領域的一個嶄新發(fā)展方向?！盁o人機數(shù)字低空遙感”有低成本、快捷、靈活機動等顯著特點,可成為衛(wèi)星遙感和有人機遙感的有效補充手段。本文主要論述了無人機數(shù)字航攝系統(tǒng)的性能與特點以及利用其實施的低空攝影測量試驗,通過試驗論證了該系統(tǒng)的可行性與優(yōu)勢。
1、“無人機低空遙感”系統(tǒng)簡介及發(fā)展狀況
無人飛行器遙感技術有其他遙感技術不可替代的優(yōu)點,可成為衛(wèi)星遙感和有人機遙感的有效補充手段,該技術主要涉及飛機平臺、測控及信息傳輸、傳感器、遙感空基交互控制、地面實驗/處理/加工、以及綜合保障等相關技術領域。我國無人飛行器航空遙感技術的進步不僅表現(xiàn)在無人飛行器的研制,還表現(xiàn)在正好適用于航空遙感的飛行控制系統(tǒng)、遙感通訊系統(tǒng)的研制,更表現(xiàn)為輕小型化傳感器及其數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相匹配的航空遙感系統(tǒng)集成,最終形成可執(zhí)行航空遙感任務的業(yè)務系統(tǒng)。
目前,我國已有多家科研機構和公司研制出輕小型無人機遙感系統(tǒng)(固定翼無人機和無人直升機低空遙感系統(tǒng))。目前比較適用的低空遙感無人機,一般任務載重10kg～20kg,安裝1～4個面陣數(shù)碼相機,適宜獲取0.05m～0.50m分辨率的光學彩色影像。機上安裝GPS和輕小型穩(wěn)定平臺,因此可以支持全自動空中三角測量,實現(xiàn)稀少地面控制點的高精度測量。
“無人機低空遙感”系統(tǒng)組成
本文論述的無人機數(shù)字航攝系統(tǒng)是自主產(chǎn)權的“華鷹”無人機數(shù)字航攝系統(tǒng),該系統(tǒng)是是基于固定翼飛行平臺的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),系統(tǒng)見圖1所示。該系統(tǒng)采用具備姿態(tài)、速度和高度精確控制與數(shù)據(jù)記錄，以GPS導航為基礎的自動駕駛儀，搭配千萬像素級135型全畫幅單反數(shù)碼相機和姿態(tài)穩(wěn)定云臺，可快速獲取1:2000大比例尺真彩色航空影像。
該系統(tǒng)的無人機重20kg,長2.1m,翼展2.6m,它采用一臺空活塞發(fā)動機推進,巡航速度110km/h,升限達到海拔3500m,續(xù)航時間3小時。該系統(tǒng)采用了先進的GPS導航自主飛行,航線全自動規(guī)劃,飛行航跡、高度和姿態(tài)高精度自動控制等一系列先進技術,具備了良好的飛行性能,只需要一條100m長的跑道,周圍沒有突出的障礙物,無人機就可以自主起降,如果采用遙控起降方式,則只需要二三十米長的跑道。起飛后,盤旋一圈,檢驗飛行狀態(tài),就可以按照預先設定的航線,自動飛往預定目標執(zhí)行任務。它主要包括：
2.1空中部分:云臺(含穩(wěn)定平臺)、數(shù)碼相機、執(zhí)行部分、自動控制設備、差分GPS、攝像機、通訊設備。
2.2地面部分:地面GPS、手控設備、編碼器、計算機、通訊設備。
該系統(tǒng)通過無線鏈路方式連接連接地面與空中設備。
圖1
“無人機低空遙感”系統(tǒng)控制指標
通過各項技術控制,該系統(tǒng)的航攝質(zhì)量所達到的如下:
3.1 航向重疊度:55%～80%可調(diào),最大可設置為80%,重疊度平均差:≤±4%
3.2 旁向重疊度:25%～50%可調(diào),最大可設置為90%,重疊度平均差:≤±4%
3.3 橫滾、俯仰角:≤1.5°;旋偏角:≤3°
3.4 航攝高度穩(wěn)定能力:≤±5m;
3.5航線偏差:≤±3m;
3.6 1km航線彎曲度:≤0.5%
無人機航攝系統(tǒng)技術流程
數(shù)字航攝作業(yè)與傳統(tǒng)膠片航攝相比,影像無需沖洗和掃描,作業(yè)步驟減少了許多,這樣可以大大縮短測繪產(chǎn)品生產(chǎn)周期,采用本文論文的無人機數(shù)字航攝系統(tǒng)進行作業(yè)的具體數(shù)字航測作業(yè)流程見圖2所示。
圖2
4.1資料收集及技術設計
首先，應充分收集測區(qū)現(xiàn)有資料，主要包括：1:10000地形圖、高等級控制點情況、測區(qū)地形、相對高度、植被分布、天氣狀況情況。
4.2 航線及測區(qū)劃分
根據(jù)本測區(qū)地形及成圖比例尺等因素情況確定本次飛行的航高，確保無人機在安全的高度上飛行?？紤]成圖精度等因素，如果測區(qū)的相對高差較大，還需根據(jù)海拔高度分片區(qū)進行。考慮地形分布情況，確定航攝時的具體飛行路線。
4.3外業(yè)航空攝影
掌握天氣動態(tài)，選擇最有利的外部條件，盡量減少外部覆蓋物（積雪、植被）對攝影與測圖的不良影響。航攝方向一般均為東西方向，可減弱日照方面的影響。選擇航攝時間既要考慮充足的光照度，又要避免過大的陰影。
4.4像控布設及像控點聯(lián)測
一般采用區(qū)域法布設像控點，布設方式成格網(wǎng)狀，格網(wǎng)點附近即是像控點的采集區(qū)域。在測區(qū)及地形變換處應布設平高點。
4.5內(nèi)業(yè)空三加密
無人機所獲取的航片有“像幅小，影像畸變大，旋偏角和翻滾角大”等特點，內(nèi)業(yè)計算量非常大。該系統(tǒng)采用的空三加密模塊和平差模塊可快速并行處理海量數(shù)據(jù)，能夠快速高效地生成大量高精度、高強度的模型連接點，獲得高精度的空三加密結果，滿足成圖要求。
4.6 立體測圖
采用現(xiàn)代數(shù)字攝影測量軟件可自動進行以下工作，如：內(nèi)業(yè)立體判測、模型連接等工作。并具備自動、最優(yōu)地切換立體模型，無需生成核線影像。極大地減輕了測繪人員工作勞動強度，非常適合無人機航攝成圖。
另一方面，由于無人機有其獨有的特點，如：像元分辨率低（只有DMC的一半左右），內(nèi)業(yè)判讀困難，因此，在實際生產(chǎn)作業(yè)中我們應該適當增加大人工干預的力度。尤其要注意對于難于判斷其是的點狀地物。如：電桿、水塔或煙囪等的判讀。
4.7 外業(yè)補測及調(diào)繪
如果在航攝過程中存在植被遮蓋及陰影無法進行立體測圖則可采用常規(guī)測量方式進行外業(yè)調(diào)繪及補測。
（略）
關鍵詞：無人機 相機控制系統(tǒng) 軟件設計 硬件設計
中圖分類號：TP1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973(2011)004-103-02
1 引言
信息時代，信息是至關重要的資源，而信息的獲取又是其中非常重要的一步，無人飛機攝影測量與遙感作為對地觀測獲取對地物信息的重要手段。無人機航空遙感是以無人機為搭載平臺的航空遙感技術。它涉及到無人機技術和航空遙感技術兩方面，是兩種技術的有機結合。隨著無人機和航空遙感技術的成熟，無人機已經(jīng)逐漸應用在民用遙感領域。無人機航空遙感也正成為航空遙感的一個熱點研究領域。
2 無人機相機控制系統(tǒng)設計方案
2.1系統(tǒng)設計概述
作為新一代數(shù)字航空遙感測繪攝像產(chǎn)品，要求具有較高的分辨率，鏡頭畸變小，較大的存儲容量，較小的尺寸和較輕的重量。相機拍攝能實現(xiàn)依據(jù)GPS導航數(shù)據(jù)、時間信息實現(xiàn)手動或者自動拍攝，適合在無人機和有人機上安裝操作。為遙感測繪行業(yè)提供平臺支撐。
2.2系統(tǒng)構成
首先四個相機根據(jù)航拍要求選擇合適的性能指標，初步定為1000萬像素，遠心鏡頭。按照一定的夾角安裝在飛機穩(wěn)定平臺上面，工控機獲取飛機的飛控信息(包括姿態(tài)和位置時間信息)或者通過自身的GPS獲取位置和時間信息，根據(jù)航拍要求確定拍攝的位置或者時間點，實現(xiàn)手動或者自動拍攝。拍攝時候要求工控機發(fā)送同一時序的快門控制信號給4個相機，時序脈寬可以控制。相機拍攝后圖片數(shù)據(jù)可以以raw或者壓縮后的格式發(fā)送給工控機存儲，存儲照片文件要求記錄拍攝時的GPS位置和時間信息。
3 硬件設計
3.1相機NiKon-D200
圖像輸出采用USB2.0最大速度，電源直流7.4V電池組，EH-6H電源適配器。相機通過USB口發(fā)送圖像數(shù)據(jù)給工控機，工控機通過快門線控制相機同步動作。
3.2鏡頭
為相機配置的鏡頭是Nikon Nikkor 85mm f／1.8D AF
3.3控制和存儲計算機
采用研華機箱ARK-5280規(guī)格為：
3.4 PCI快門控制卡
選擇研華IO卡PCI-1761作為快門輸出。當繼電器開的時候，不進行拍照，繼電器閉合拍照，閉合的時間長度改變快門脈寬。
快門線采用國產(chǎn)深圳市永諾攝影器材有限公司生產(chǎn)的JIANISI RS-N1型號兼容D200的快門線進行改造。
3.5 GPS模塊
GPS模塊型號為：ublox芯片，北京星網(wǎng)宇達科技發(fā)展中心設計的電路模塊。該模塊提供10m的定位精度，刷新頻率4／s。
GPS信號和計算機連接關系，首先通過GPS模塊上的座連接到航空連接器上，航空連接器固定在機箱上，然后再通過航空連接器連接到DB9的RS232座上。
3.6相機電源供應卡
電源供應關系，主要考慮GPS模塊的+5V供電，另外考慮給外部相機供應+12V，取電方式都是從機箱主板上獲取。如上圖3。連接關系為上表。主板+5V接于GPS模塊,+12V接于航空連接器供機箱外部照相機供電。航空連接器安裝在機箱上面。
在實際的工控機改造中，要把相機電源，擴展的2個USB口，GPS模塊合成在一個卡上，統(tǒng)一插在一個PCI槽上。固定輸入輸出。
3.7與無人機連接接口
與無人機接口包括2個RS422，一個異步RS422，一個同步RS422。異步RS422主要實現(xiàn)無人機測控數(shù)據(jù)的下傳，同步RS422主要實現(xiàn)無人機拍攝快試圖的上傳。
3.8相機穩(wěn)定平臺
相機穩(wěn)定平臺主要用于四個相機與無人機或者有人機之間的安裝對接，要求根據(jù)相機的幾何結構和四個相機之間的拍攝角度進行設計，角度信息與航跡規(guī)劃模塊有關。
3.9操控平臺
操控平臺對于無人機系統(tǒng)主要考慮工控機的固定安裝，有人機還要考慮人的操作控制平臺。
4 軟件設計
該航攝儀要求支持有人機和無人機拍攝，除了要實現(xiàn)基本的航拍功能，還需要有良好的人機交互功能。
遙感控制系統(tǒng)的功能模塊分析，根據(jù)任務需求，遙感空中控制系統(tǒng)劃分為五大模塊：拍攝控制模塊、航跡姿態(tài)信息處理模塊、遙感數(shù)據(jù)處理模塊、人機界面交互模塊、航跡規(guī)劃模塊。各模塊劃分、相互之間以及與其它系統(tǒng)間的關系見圖。
5 地面調(diào)試與結果
針對不同的測試目的，在對地觀測數(shù)字航空遙感地面仿真實驗平臺系統(tǒng)上進行了多次地面聯(lián)合調(diào)試。按照系統(tǒng)構成所示的連線方式，搭建整個系統(tǒng)，然后給系統(tǒng)外接27V直流電源，系統(tǒng)按照預設的方式啟動。啟動后，控制工控機通過快門卡控制相機拍攝。在程序設置時將四臺偏振相機分別設置編號為1、2、3和4，其中3號相機負責傳輸快試圖，其調(diào)試結果如圖所示，四臺不同角度的相機同時得到控制拍攝，并且3號相機已傳送了一幅84.5K的快試圖數(shù)據(jù)。
本文設計的偏振遙感載荷系統(tǒng)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了與無人機的結合，成功實現(xiàn)了對機載偏振遙感成像設備拍攝的自動控制與數(shù)據(jù)的自動傳輸和存儲功能，不僅為偏振遙感數(shù)據(jù)的獲取增添了新的手段，更使得在惡劣環(huán)境下大范圍、長時間的偏振遙感數(shù)據(jù)獲取成為可能。系統(tǒng)的研制成功進一步豐富了航空遙感器的種類，提高了人們獲取航空遙感數(shù)據(jù)的能力。
參考文獻：
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關鍵詞：長輸管道；無人機遙感；水土保持
水土保持監(jiān)測作為生產(chǎn)建設項目水土保持工作的重要組成部分，是水土流失預防監(jiān)督和治理的重要基礎。常規(guī)的水土保持監(jiān)測技術手段無法很好滿足生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)測準確性、及時性和完整性的要求。無人機遙感具備準確性、實時性和全面性的特點，成為生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)測新的技術手段。通過對已完成的西氣東輸項目前期充分調(diào)研分析，通過無人機對項目的重點區(qū)域進行遙感監(jiān)測，對該技術應用于長輸管道工程監(jiān)測進行探討。
1．工程概況
西氣東輸二線工程西起新疆霍爾果斯口岸，向東南延伸至上海、香港，全長近萬公里，是我國天然氣四大進口戰(zhàn)略信道中的西北信道，工程新疆段自新疆霍爾果斯口岸入境后，基本沿G312由西向東敷設，從哈密市出疆，管線長度約1340km。本次論文研究對象選擇其中典型果子溝路段的兩處渣場為例。本次選取果子溝兩處渣場，1#渣場設計堆渣量1.5萬m3，2#設計堆渣量4.7萬m3。渣場主要擋蓄西氣東輸二線工程管道開挖的棄渣。棄渣堆放場擋土墻呈L形設計方案，兩墻肩依山體斜坡為固定支承點，山體斜坡巖性多為坡積和中強風化巖石，擋土墻肩嵌入山坡、梁凸出部位。本次渣場圍護設計采用重力式擋土墻型式。1#渣場擋土墻全長236m，采用漿砌塊石填筑，優(yōu)選棄渣料，不夠時再外借。擋土墻墻頂寬度0.6m，迎渣面坡度1：0.4，背渣面坡度1：0.2，墻面高度4m，地面以上高度3m，前后墻趾寬度0.5m，高度1m。2#渣場擋土墻全長308m，采用漿砌塊石填筑，優(yōu)選棄渣料，不夠時再外借。擋土墻墻頂寬度0.6m，迎渣面坡度1：0.3，背渣面坡度1：0.2，墻面高度2.5m，地面以上高度1m，前后墻趾寬度0.5m，高度1m。擋土墻每隔15m設一道伸縮縫，縫寬2cm，用M2.5砂漿填縫，墻內(nèi)布設排水孔，采用管徑6cm的塑料管，排水孔坡度5％，間距1m，梅花形布置。渣場外坡按照1：2堆至1820.5m，頂部修成5％的坡度，以便于排水。外坡采用漿砌石網(wǎng)格砌筑，網(wǎng)格規(guī)格2×2m，采用C15、F200細粒混凝土，網(wǎng)格內(nèi)播撒草籽。
2.無人機遙感技術在典型區(qū)域的監(jiān)測應用
長輸管道工程空間跨距長，多無人區(qū)，采取全線普查法獲取水土流失數(shù)據(jù)的難度大，投入大，時間長。因此，監(jiān)測區(qū)域的土壤侵蝕背景數(shù)據(jù)及施工前后擾動、治理效果的對比等，主要通過遙感監(jiān)測方法與典型調(diào)查方法相結合的途徑獲得。以遙感影像為數(shù)據(jù)源，按照《水土保持監(jiān)測技術規(guī)程》（SL277－2002）規(guī)定，對監(jiān)測區(qū)域進行外業(yè)調(diào)查，建立遙感解譯標志，通過解譯，獲得監(jiān)測區(qū)域在施工前后各種土地利用類型、土壤侵蝕類型和侵蝕強度的分布、面積和空間特征數(shù)據(jù)。
2.1人機交互式解譯流程
采用人機交互式解譯法進行遙感影像的解譯與判讀，同時，對比分析重點監(jiān)測地段的土地利用和土壤侵蝕狀況，包括工程區(qū)域和擾動帶兩部分，其中工程區(qū)域以管線中心線左右各500m范圍為監(jiān)測區(qū)域，擾動帶則以管線中心線左右各20m為監(jiān)測區(qū)域。
2.2土地利用解譯
在遙感影像的土地覆蓋信息基礎上，依據(jù)人機交互式解譯原理和野外實地考察的結果建立項目區(qū)土地利用類型典型遙感影像解譯標準，形成土地利用現(xiàn)狀圖。土地利用分類參照國家土地利用分類標準進行分類，本次選擇的典型渣場所處位置進行遙感影像處理，分析工程所處的土地利用現(xiàn)狀為有林地，見圖1。
2.3土壤侵蝕專題信息提取
在土地利用圖生成后，以人機交互式解譯原理和野外實地考察的結果分別建立土壤侵蝕類型遙感影像解譯標準。土壤侵蝕分類、制圖和數(shù)據(jù)庫建立均按照SL190-2007規(guī)定的標準土壤侵蝕分類分級系統(tǒng)進行。本次工程屬于天山山脈，工程沿山間河谷地帶布設，典型渣場選取在不影響行洪的山間洼地，所處位置為水力輕度侵蝕區(qū)域，詳見圖2。本次無人機的遙感監(jiān)測，獲到的只是施工結束后的一個時段的數(shù)據(jù)，只代表了這一時段的現(xiàn)狀，本期的數(shù)據(jù)可與工程施工前、施工過程中的數(shù)據(jù)對比分析，即可得到工程施工過程中的變化情況，也可了解到工程在自然恢復期的各項措施的實施后的效果。
3.無人機遙感技術特征分析
通過本長輸管道工程選取典型渣場的應用實例分析，將無人機遙感技術應用到生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)測工作中，可以準確、及時、全面地反映施工過程各階段的工程進展和水土流失防治等情況，特別是在長輸管道等大型線狀工程，優(yōu)勢更加突出和明顯。（1）無人機準確性高。生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)測的重點往往是以米記的水土保持措施，傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感對大范圍的航拍有優(yōu)勢，但對重點區(qū)域精度無法滿足監(jiān)測需求。無人機低空遙感可根據(jù)需求，調(diào)整飛行高度以獲取不同精度的成果。本次無人機低空飛行高度在50~300m之間，遙感像素分辨率為0．25m，經(jīng)過精度檢驗，成果平面精度的誤差為1～3m，完全滿足水土保持監(jiān)測判讀、位置、面積等信息提取的要求。（2）無人機時效性好。無人機遙感與傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感相比，較好地彌補了其時效性差和機動性低的缺點?？梢愿鶕?jù)不同項目監(jiān)測工作的需求，由現(xiàn)場監(jiān)測人員確定遙感的時間和范圍，在較短的時間內(nèi)完成遙感影像獲取和監(jiān)測信息的提取，能較及時地反映工程水土流失和水土保持情況，滿足定期常規(guī)監(jiān)測和災害性事件應急監(jiān)測的需求。而傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感，機動性相對較差，不能及時的由現(xiàn)場監(jiān)測人員掌握。（3）無人機更直觀全面。無人機遙感成果對比傳統(tǒng)的常規(guī)監(jiān)測方法，更能較為直觀和全面地反映工程現(xiàn)狀，不但能為業(yè)主、施工、監(jiān)理、監(jiān)測等部門在施工管理、施工總體布局、施工進度控制等方面提供支持。而且可為水行政主管部門、業(yè)主單位水土保持監(jiān)督管理提供參考。
4.問題與思考
關鍵詞：微型多旋翼；環(huán)境監(jiān)測；飛行控制系統(tǒng)
中圖分類號： TP79 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）31-146-2
1 無人機的定義
無人駕駛航空器簡稱無人機，英文的縮寫為UAV（Unmanned Aerial Vehicle）。無人機具有受氣候的影響小，效率高反應速度快、能準確定位、準備工作簡單、操作控制容易等特點。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，經(jīng)濟性能高，可以在小面積區(qū)域、興趣地點懸停重點拍攝。
2 無人機的分類
①水平起降式：水平起降式機翼為固定式。優(yōu)點：飛行速度快，可以進行高空飛行，動力效率比高，續(xù)航能力強。缺點：受空氣流動影響較大，無法懸停在指定位置，對目標只能進行“盤旋觀察”在復雜地形飛行時需要操作難度高，微型固定翼UAV限于效果的比例，身體容易跟隨流線和角運動，進而影響其穩(wěn)定性，難以獲得連續(xù)穩(wěn)定清晰的圖像。對起飛和降落場地要求較高，要求起飛及著陸航線平整且無障礙物，且發(fā)射或降落時需要考慮風向、風速問題，限制較多。②垂直起降式： 垂直起降式機翼為旋翼式。優(yōu)點：低空空氣流動對其影響較小，可在空中懸停?？梢栽谂d趣目標點進行“懸停凝視”觀測，可以獲得連續(xù)穩(wěn)定清晰的圖像，有利于小目標或局部區(qū)域的細致觀測。具有垂直起降能力，可以在惡劣的場地進行起降，對氣象條件要求低，具有較廣的應用范圍。缺點：機翼載荷比水平起降式高，動力效率比低，無法滑行，為減少自重，續(xù)航力低，控制系統(tǒng)復雜，容錯率低，容易出現(xiàn)故障。
在多種類的無人機中，四旋翼無人機是目前研究最為廣泛、用途最多的一種。四旋翼無人機由于能夠垂直起降、自由懸停，適應不同的情況，在不同的環(huán)境下自由轉向和調(diào)速。
3 無人機工作原理
3.1 系統(tǒng)概述
無人機飛行控制系統(tǒng)是無人機的核心，飛行控制系統(tǒng)通過采集飛行器的姿態(tài)、速度、壓力、轉速等信息，傳輸給飛行控制處理器，由處理器解算并發(fā)出控制無人機飛行狀態(tài)的指令，并且通過無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以向地面站實時傳輸無人機的飛行參數(shù)和功能傳感器所探測的目標信息；另一方面，地面站也可以根據(jù)需求向無人機發(fā)送指令，控制無人機姿態(tài)、航向，到達指定地點進行拍攝或探測。整個飛行控制系統(tǒng)的設計是無人機的關鍵，是地面站與機上飛行控制系統(tǒng)的綜合，飛行控制系統(tǒng)的好壞直接決定著無人機的質(zhì)量。
3.2 無人機探測系統(tǒng)搭載原理
3.2.1 無人機遙感技術
無人機的遙感技術是將傳感器技術、遙測遙控技術搭建在無人機技術的平臺上，并運用計算機技術進行運算控制，通過通信技術完成信息傳輸及存儲，可迅速、自動、智能地獲取相關的環(huán)境空間信息，采集數(shù)據(jù)和應用處理。無人機續(xù)航時間長、能實時傳輸影像，具有成本低、高分辨率、機動靈活等特點，在高危地區(qū)探測具有較好的應用前景。
3.2.2 利用高分辨CCD相機系統(tǒng)獲取遙感影像
無人機通過控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)影像的自動拍攝和獲取，通過航跡的規(guī)劃實施監(jiān)控，將采集的信息數(shù)據(jù)進行壓縮和自動傳輸，還可以完成影像預處理，可以在水域環(huán)境監(jiān)測提供環(huán)境信息，為各級環(huán)境部門環(huán)境檢測提供便利，并可滿足環(huán)境應急響應的需求。
3.2.3 數(shù)據(jù)融合生成三維立體空間圖
地面站系統(tǒng)搭載了數(shù)據(jù)融合軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)將傳回的傳感器數(shù)據(jù)和位置信息等數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)融合，生成立體三維空間圖，直觀展示各類信息，便于數(shù)據(jù)分析。
3.3 微型多旋翼無人機系統(tǒng)使用目標設定及定位
衛(wèi)星及傳統(tǒng)航空器在復雜水域、面積相對小且污染類型多樣的區(qū)域拍攝不清晰，無法達到分析要求，無人機飛行器可以在復雜區(qū)域完成懸停凝視，拍攝連續(xù)穩(wěn)定高像素圖像，更能細致對進行目標區(qū)域進行監(jiān)測。
四旋翼無人機攜行方便，不受使用場地約束，最高可在6 級風力情況下使用，在陰云、霧霾能見度不良天氣情況下，可以低空或貼水面飛行，獲取水域環(huán)境的高清晰圖像，可以實時追蹤和監(jiān)測突發(fā)環(huán)境事件的發(fā)展。同時借助地面站外部通信設備將無人機實時拍攝巡查地點的高清圖片通過網(wǎng)絡進行轉播或存儲。
3.4 無人機的優(yōu)點
①多旋翼無人機通過采用GPS 模塊實現(xiàn)了空間定位功能；將網(wǎng)絡通信、自動控制、物聯(lián)網(wǎng)及軟件技術，集成在多旋翼無人機上，利用無人機靈活性特點，以點及面，就可以無死角、全方位地探測目標區(qū)域環(huán)境條件狀況，實現(xiàn)定時定點采樣，極大減小了控制生產(chǎn)成本和系統(tǒng)功耗。②數(shù)據(jù)融合生成立體三維空間圖；特有設計了地面站系統(tǒng)，實時顯示無人機傳回的傳感器數(shù)據(jù)和飛機當前位置信息等，同時進行數(shù)據(jù)融合，直接將數(shù)據(jù)以立體三維空間圖直觀展示，環(huán)境各參數(shù)指標一目了然。
4 微型多旋翼無人機的操作注意事項
本文以大疆精靈Phantom 4為例，介紹無人機的使用方法：無人機具體參數(shù)如表1。
①在目標地點附近起飛，飛行范圍是以起飛點為中心高度120m以下，半徑500m 范圍內(nèi)。②四旋翼飛行器可以垂直起降，在目標區(qū)域附近垂直起飛，到達預定高度后，飛往目標地點，對目標地進行檢測。在檢測過程中可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境調(diào)整無人機的高度，便于獲得更清晰的圖像。在飛行過程中要注意于其他建筑或固定障礙物保持20-30m的安全距離，與運動的障礙物需要保持500m的安全距離。在一次出動微型多旋翼無人機時，需要在各組間設立指揮員，協(xié)調(diào)各組的飛行范圍，保證任務順利。③受電池約束，該型號無人機只能持續(xù)飛行28分鐘，信號接收范圍為3.5公里，在飛行時注意飛行時間和距離的控制，避免因沒電或超出控制距離造成損失。
5 多旋翼無人機在水域環(huán)境監(jiān)測中實際的應用
5.1 無人機在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)的應用
在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域，水域環(huán)境檢測尤為重要，以水草為例，水草作為大多魚類的食物，可以很好地促進魚類的生長，當水草超過一定數(shù)量，會造成水層缺氧，并加速水草死亡，造成水質(zhì)變壞，不利于魚類養(yǎng)殖。所以魚塘需要實時監(jiān)視水草數(shù)量，人工劃船或觀望難以做到全局觀測，結果比較片面，使用無人機對水域進行全局探測，快速了解魚塘整體情況，也可以在局部進行懸停并凝視，確定水草生長情況，獲得魚塘準確信息并及時制定應對措施。
5.2 無人機在環(huán)境檢測的應用
沂河流經(jīng)臨沂沂水、沂南、臨沂市區(qū)，臨沂段全長284公里，流域面積7425平方公里，集水面積2872平方公里，河面最寬達1540米；被臨沂人民譽為"母親河"。是臨沂重要的淡水資源，該河兩岸附近分布著工場和眾多的居民地，存在排污問題。對沂河的環(huán)境檢測尤為重要，通過無人機技術可以快速地獲得沂河流域環(huán)境情況，對保護水資源具有重大意義。
6 結論
水域環(huán)境監(jiān)測需要對目標區(qū)域進行全局觀測和量大的局部觀測，要想獲得大量高質(zhì)量的局部觀測信息，就需操作靈活，可控制性高的無人機系統(tǒng)組來完成?？梢灶A見的是微型多旋翼無人機將會得到大量應用，而且未來微型多旋翼無人機的發(fā)展方向?qū)⑹侵悄芑?、多樣化的空中機器人群組。
參 考 文 獻
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（青海省地礦測繪院，西寧 810012）
（Qinghai Geology Mineral Surveying Institute，Xining 810012，China）
摘要： 無人機航空攝影以無人駕駛飛機作為空中作業(yè)平臺，集合高空拍攝、遙感以及航空攝影于一體，對農(nóng)村范圍內(nèi)的集體土地，包括屬于農(nóng)民集體所有的建設用地、農(nóng)用地和未利用地進行航空攝影，獲取準確的地形圖數(shù)據(jù)，以保證農(nóng)村集體土地登記確權發(fā)證工作有效進行。本文對無人機航空攝影技術在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證工作進行簡單介紹。
Abstract： Unmanned aerial vehicle (UAV) aerophotography takes the pilotless aircraft as the aerial platform, integrating high altitude photography, RS and aerophotography. It takes airphoto of the rural collective land including construction land, farmland and unused land to get accurate topographic map data in order to ensure the rural collective land registration verification and certification work. This article briefly introduces the application of UAV aerophotography in rural land contract for the managerial right verification registration and certification.
關鍵詞 ： 無人機航空攝影測量技術；土地測繪；農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證工作
Key words： UAV aerophotography；topographic mapping；verification；registration and certification of rural land contract for the managerial right
中圖分類號：TP79 文獻標識碼：A
文章編號：1006-4311（2015）06-0233-02
農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證工作的主要任務是“查清承包地塊的面積和空間位置，建立健全土地承包經(jīng)營權登記簿，妥善解決承包地塊面積不準、四至不清、空間位置不明確、登記簿不健全等問題，把承包地塊、面積、合同、權屬證書全面落實到戶，依法賦予農(nóng)民更加充分而有保障的土地承包經(jīng)營權”，其中的關鍵步驟是以戶為基本單位，對現(xiàn)有人口、土地面積、地塊、承包現(xiàn)狀進行清理核實。傳統(tǒng)土地調(diào)查使用皮尺測繪法，使用皮尺丈量，畫張草圖就可以進行確權辦證。基本能滿足面積和四至的相對準確，但是操作過程不夠規(guī)范，由于沒有坐標系等測繪最基本的要素，所以這種方法采集的成果根本就沒有空間位置。
然而，新型無人機遙感技術是利用先進的科學技術、通過遙感傳感器技術、遙測遙控技術等應用技術來實現(xiàn)的，這具有快速性、時效性及清晰度優(yōu)點。無人機能夠充分提高調(diào)查和監(jiān)測的水平和效率。遙感監(jiān)測信息不僅客觀性好、現(xiàn)勢性強、時效性高、無人為干擾因素，而且信息的定性、定位和定量精度高，避免了虛報瞞報的情況，并且由于地塊的方位、面積等在圖上得到了清晰的標示，政府部門可以做到“圖賬對應”，從而準確的掌握了地籍信息。
無人機航空攝影測量技術在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證工作中起到了很大的作用，無人機航空攝影測量系統(tǒng)作為一項空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，具有快速高效、機動靈活、精細準確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測等重要特點，在小區(qū)域和常規(guī)飛行困難地區(qū)快速獲取高分辨率影像方面具有明顯優(yōu)勢?？梢岳脽o人機航空攝影測量系統(tǒng)獲取高分辨率航空影像，制作出高精度的正射影像圖。
確權登記工作的重點環(huán)節(jié)在于農(nóng)戶土地的外業(yè)測量。如果利用手持gps以傳統(tǒng)方式進行外業(yè)實測。對于工期和質(zhì)量都達不到要求，而青海又是世界上唯一一個高海拔地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展比較落后，有著世界上獨一無二的地形地貌特征，也有著世界上獨一無二的天氣及氣候變化。青藏高原號稱“世界屋脊”，是一個大面積強烈的年輕隆起區(qū)，平均海拔在4500m以上，是我國現(xiàn)代冰川和多年凍土最發(fā)育的地區(qū)，在海拔4500m以上，為大片連續(xù)的多年凍土地區(qū)，大都是微受切剖的開闊平坦地形，地表呈現(xiàn)單調(diào)。青藏高原海拔高、地形復雜，被譽為無人機的禁區(qū)。然而，我省新近完成的一項科研成果打破了禁區(qū)傳說，讓無人機自由翱翔在高原的天空。我省無人機科研項目開始于2012年5月，經(jīng)過短短一年的時間，青海省地礦測繪院科研人員成功探索出了一套適合在高海拔復雜地形、高寒缺氧等特殊環(huán)境下低空航空攝影測量的技術流程和操作方法。填補了我省在高原礦區(qū)無人機自主飛行獲取影像數(shù)據(jù)和應用無人機航測技術測繪1:2000大比例尺地形圖的空白，研究成果達到國際先進水平。
由于青海地區(qū)有一些地方會有戶均耕地面積小的情況，加之手持GPS由于精度有限，實測工作中發(fā)現(xiàn)測量結果誤差較大，造成群眾對測量結果不認可等的問題，使青海地區(qū)部分試點縣試點鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地確權工作一度被動。為順利完成試點任務，各試點縣農(nóng)牧局及項目承擔單位縣經(jīng)管站積極與上級業(yè)務主管部門和兄弟州縣交流探討，立即轉變舊思路、精心研究新方法，確定將無人機航測遙感技術應用于土地確權試點項目外業(yè)測量，經(jīng)與多個專業(yè)測繪單位聯(lián)系商談，最終與省地礦測繪院達成合作協(xié)議，并在試點鄉(xiāng)鎮(zhèn)建立了航測地面臨時指揮部。經(jīng)過各試點的航測，使無人機航測遙感正攝影技術在我省農(nóng)村土地承包工作中得到了廣泛的應用，相關技術應用水平也走在了全省前列。該技術不僅用更高精度的GPS對測量地區(qū)進行了測繪，還對地理地貌進行了全面航拍，精確穩(wěn)妥地完成了農(nóng)村土地實際面積、空間位置等重要外業(yè)測繪數(shù)據(jù)的采集，為高質(zhì)量完成土地確權登記工作打下了良好基礎，還能為今后該地區(qū)規(guī)劃提供科學精確的圖文數(shù)據(jù)。
能夠優(yōu)質(zhì)按時的做好這一工作,完成農(nóng)村集體土地登記確權發(fā)證任務。是青海省面臨的一個重要任務，如今，青海省地礦測繪院無人機航空攝影測量技術在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證工作中起到了非常重要的作用，為青海省全面開展農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證工作打下了一個堅實的基礎。
在此以青海省湟中縣農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證試點航空攝影測量工作來說，農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證工作主要利用1:2000正射影像底圖，套合第二次土地調(diào)查后形成的最新土地利用現(xiàn)狀圖數(shù)據(jù)（縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政界線以及村權屬界線，圖斑線、地類），按1：2000比例尺出圖制作成權屬調(diào)查工作底圖，在此基礎上由外野進行實地地塊界線手工繪制、權利人，地塊號，地塊名稱等的調(diào)查，然后經(jīng)內(nèi)業(yè)采用CASS數(shù)字測圖系統(tǒng)進行上圖、編輯、編制成農(nóng)村集體土地所有權基礎數(shù)據(jù)，利用KQ系統(tǒng)軟件進行權屬資料建庫、分類面積統(tǒng)計和匯總等后續(xù)工作。比起傳統(tǒng)的GPS實地測量來看，工作效率有了一個質(zhì)的飛躍，傳統(tǒng)測量工期長效率低，而無人機航測運用在土地承包經(jīng)營權確權登記發(fā)證中，大大提高了工作效率，也節(jié)約了一定的成本。無人飛機體積小巧，機動靈活，不需專用跑道起降，受天氣和空域管制的影響很小，能夠在極短的時間內(nèi)快速獲取影像。這對于我們青海這個欠發(fā)達地區(qū)來說，是一個很好的方案。
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關鍵詞：無人機航攝技術；土地綜合整治；動態(tài)監(jiān)測
1 引言
土地綜合整治是國土資源工作的重要組成部分，是確保我國糧食安全、提高糧食綜合生產(chǎn)能力的有力支撐，是一項涉及面廣、實施時間長、管理程序復雜的系統(tǒng)工程，對保證國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)耕地總量動態(tài)平衡，加速農(nóng)業(yè)、農(nóng)村現(xiàn)代化有著不可替代的作用?，F(xiàn)階段，我國土地綜合整治事業(yè)正處于管理模式調(diào)整和管理水平提高的關鍵時期。如何建立一套科學的監(jiān)管體系，確保土地綜合整治專項資金發(fā)揮預期績效，全面完成國家補充耕地計劃和項目建設任務，讓項目長期發(fā)揮效益，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，已成為我國當前土地開發(fā)整理工作的一項首要任務。
2 無人機航攝系統(tǒng)簡介
2.1 無人機航攝系統(tǒng)組成
無人機航攝系統(tǒng)主要由飛行控制系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)、航拍攝像系統(tǒng)和影像處理軟件四部分組成。
2.2 無人機航攝系統(tǒng)的特點
（1）低空飛行，空域申請便利。飛行系統(tǒng)升空準備時間短，操作簡單，運輸便利。
（2）系統(tǒng)可快速獲取超高分辨率數(shù)字影像和定位數(shù)據(jù)，可針對特殊監(jiān)測目標搭載全色波段、單波段、多波段等傳感器，并可進行多角度攝影。
（3）系統(tǒng)為多種小型遙感傳感器提供了良好的搭載平臺，如探地雷達、熱成像儀、氣象傳感器、合成孔徑雷達等，易于拓展監(jiān)測功能，以滿足多種快速監(jiān)測所需。
（4）系統(tǒng)的置建費用較低，運營成本、維護成本和操作手的成本遠遠低于載人機系統(tǒng)。
3 試驗方案
3.1 試驗區(qū)概況
本文選擇寧鄉(xiāng)縣大成橋鄉(xiāng)土地整理項目作為試驗。該項目位于寧鄉(xiāng)縣大成橋鄉(xiāng)東北角區(qū)域，屬丘陵地區(qū)。土地綜合整治面積4km?，分割成四小塊，如圖1所示。
3.2 試驗目的
采取航空攝影方式獲取不同時間階段的地面影像資料和數(shù)字線劃圖，通過數(shù)據(jù)變化分析對比對土地整治項目全過程實施動態(tài)監(jiān)控。
3.3 試驗方案流程
本次實驗方案主要分為“事前、事中和事后”三個階段，使其達到“事前預控、事中監(jiān)控和事后驗控”的效果。試驗方案流程如圖3所示。
由于實驗區(qū)域范圍不發(fā)生變化，因此在進行航線設計時只做一套方案，采取對項目區(qū)進行3次航飛，分別為規(guī)劃設計前航飛一次、施工過程中航飛一次、竣工后航飛一次。如圖2所示：
4 動態(tài)監(jiān)測
4.1 事前預控
主要是獲取項目區(qū)內(nèi)DOM、DLG產(chǎn)品，向設計部分提供設計依據(jù)。DLG數(shù)據(jù)疊加DOM數(shù)據(jù)可為設計人員提供更為直觀的設計效果，更能合理地進行道路、水渠及其附屬工程的設計，而DEM成果可作為土方量計算的依據(jù)。
在方便設計部分的同時也為土地監(jiān)管部門留下了歷史依據(jù)，為項目實施過程中是否存在夸大土方量，田間道路重復建設，橋梁維修虛報為橋梁新建，虛列拆遷補償費、青苗補償費及其他變更工程，整理田塊面積錯報，整理田塊數(shù)量漏報，整理結果、質(zhì)量瞞報等現(xiàn)象起到了防微杜漸、提前預防的效果。
4.2 事中監(jiān)控
在項目施工過程中，工程量大，土地監(jiān)管人員無法直觀地了解到項目區(qū)的施工情況。而事中階段能根據(jù)土地監(jiān)管部門的需要，采用無人機定期對項目區(qū)進行航飛，可飛一次或者多次，主要是獲取生產(chǎn)項目區(qū)的DOM數(shù)據(jù)，能直觀地反映出項目區(qū)施工進度及施工質(zhì)量，并能及時發(fā)現(xiàn)施工單位是否按照設計圖紙進行施工，是否存在工程質(zhì)量問題。對存在質(zhì)量問題的工程起到了實時監(jiān)控的作用。如圖4所示：左邊影像為項目施工前，右邊影像為項目施工中。
4.3 事后驗控
項目驗收是項目完成的最后一個關鍵環(huán)節(jié)。事后階段無人機航飛主要是為生產(chǎn)項目區(qū)的竣工驗收圖紙、竣工后DOM和DEM 數(shù)據(jù)。通過竣工后影像與施工前影像獲取對比，可直觀地檢查出其工程是否按照設計圖紙進行施工，是否存在偷工減料、瞞報工程量等現(xiàn)象。如圖5所示。
5 結語與展望
在大力發(fā)展RS技術運用于土地整理動態(tài)監(jiān)測的時代，無人機航攝技術的產(chǎn)生無疑又是一個新的轉折點。相對于傳統(tǒng)的RS技術，其高效、快捷、成本低的特性，促使土地監(jiān)管部門加強了土地監(jiān)管力度。無人機航攝技術能夠全面提高規(guī)劃設計和預算編制的科學性，為土地監(jiān)管打下了堅實的基礎，在今后的土地整理動態(tài)監(jiān)測項目中對提高土地整理項目竣工驗收質(zhì)量和進一步規(guī)范土地整理權屬管理工作等方面具有廣闊的應用前景。
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關鍵詞：無人機航攝系統(tǒng)；煤田普查；1:2000地形圖測繪
中途分類號：P217參考文獻：A
一、引言
煤田普查即發(fā)現(xiàn)煤田和概略評價煤炭資源的地質(zhì)工作，一般是在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查或煤田預測的基礎上進行的煤田地質(zhì)工作。近年來，隨著國家能源戰(zhàn)略的加速推進，煤田地質(zhì)工程越來越呈現(xiàn)出范圍廣、地形復雜、工期緊的特點，對測繪也提出了更高的要求。
傳統(tǒng)的人工測量模式存在作業(yè)周期長、人力投入大、成本高等問題，甚至會出現(xiàn)困難地區(qū)無法施測，無法滿足高難度、快節(jié)奏測量生產(chǎn)的需要。因此，借助新技術、新工藝來滿足煤田普查項目任務重、時間短、質(zhì)量高的需要顯得極為迫切。
現(xiàn)有的衛(wèi)星遙感技術雖然能夠獲取大區(qū)域的空間地理信息，但受回歸周期、軌道高度、氣象等因素的影響，遙感數(shù)據(jù)分辨率和時相難以保證。常規(guī)航空攝影技術因受空域協(xié)調(diào)、起降場地選取、天氣等因素的影響較大，缺乏機動快速能力，同時成本較高，靈活及精細度不足，無法及時有效地滿足小范圍高分辨率數(shù)據(jù)快速獲取。而作為傳統(tǒng)航空攝影測量補充手段的低空無人機攝影技術，憑借其自身機動靈活、快速高效、困難地區(qū)探測的航片獲取技術，以及精準的后處理技術，大大降低了作業(yè)成本和生產(chǎn)周期[2-3]，在“短、平、快”的測繪項目中具有明顯優(yōu)勢。
論文依托甘肅煤田地質(zhì)局委托項目，甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊于2012年對甘肅省景泰縣某煤礦測繪1：2000數(shù)字化地形圖，測區(qū)面積約30km2。
二、無人機系統(tǒng)簡介
低空無人(unmanned aerial vehicle，UAV)機航攝系統(tǒng)[4]是一種集無人駕駛飛行器、遙感及GPS導航定位等技術于一體建立起來的高機動性、低成本和小型化、專用化的遙感系統(tǒng)。
無人機航攝系統(tǒng)主要包括無人機飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)和非量測型面陣CCD數(shù)碼相機，以及地面站、遠程無線裝置、地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等輔助設施。
無人機飛行平臺
無人機飛行平臺主要包含固定翼無人機、旋翼輕型無人機和無人飛艇。由于固定翼無人機具有低成本，可實現(xiàn)低速平穩(wěn)飛行等優(yōu)點，本研究采用固定翼無人機平臺，該平臺主要參數(shù)見表1。
表1 無人機飛行平臺主要參數(shù)
飛行控制系統(tǒng)
飛行控制系統(tǒng)用行控制及任務設備管理，自由駕駛儀、姿態(tài)陀螺、GPS定位裝置、無線遙控系統(tǒng)組成，可實現(xiàn)飛行姿態(tài)、航高、速度、航向的控制及各個參數(shù)的傳輸，以便地面人員實時掌控飛行情況。本研究中使用LT-150型無人機飛控導航系統(tǒng)。
攝影傳感器
本研究搭載傳感器為Cannon 5D MarkⅡ，檢校結果（像幅5616*3744像素，像素大?。?.41 um），主點X0 ，相機檢校參數(shù)見表2。
表2 相機檢校參數(shù)
地面控制系統(tǒng)
地面控制系統(tǒng)的功能包括：航攝前期主要有測區(qū)查詢、航線設計及參數(shù)設置；飛行階段實時顯示飛行參數(shù)，輔助飛控人員進行飛行；后期統(tǒng)計輸出導航文件、影像飛行質(zhì)量快速檢查等。
三、低空無人機航攝系統(tǒng)在煤田普查1:2000地形圖測繪中的應用
該煤田普查區(qū)地勢由西南向東北逐漸降低，海拔高程1620～1850m，相對高差230m；測區(qū)西北部地面坡度在6°～25°，地形類別為山地，其他大部分地面坡度在2°以下，地形類別為平地，根據(jù)測區(qū)自然地理、氣候和交通等情況，測區(qū)作業(yè)困難級別劃為Ⅱ級。因按設計要求，需40個工作日內(nèi)提供勘查區(qū)30km2的1:2000地形圖，為保證工期與質(zhì)量，決定采用無人機航攝技術，技術流程如圖2所示。
1.無人機航攝數(shù)據(jù)獲取
(1)測區(qū)相關資料收集
在飛行設計之前對測區(qū)概況進行了解收集相關資料，如測區(qū)GPS控制點坐標、交通路線圖等。
(2)飛行設計
根據(jù)工程項目的成圖要求及測區(qū)邊界情況，本次飛行共設計2架次，航高750米，第一架次11條航帶，共911張航片；第二架次9條航帶，共1037張航片；測區(qū)航線總長178km，航片總數(shù)1948張，余片為287張。航線敷設情況如下圖3所示。
圖2.無人機航測技術流程
圖3 航線敷設情況
(3)數(shù)據(jù)采集
將規(guī)劃好的航線載入飛行控制系統(tǒng)，地面控制子系統(tǒng)按照規(guī)劃航線控制無人機飛行，飛控系統(tǒng)則按預設的航線和拍攝方式控制相機進行拍攝。
本次飛行共獲取影像1948張，采用人工選取同名點的方法計算相鄰像片的重疊度和旋偏角，利用飛控數(shù)據(jù)和導航數(shù)據(jù)來檢查航線彎曲度、同一航線的航高差等參數(shù)，像片有效范圍在航向上超出成圖范圍的基線均在兩條以上，攝區(qū)旁向覆蓋超出攝區(qū)范圍邊界30%；航向重疊：一般在65%左右，最小為56%，最大為72%；旁向重疊：一般在30%左右，最小為25%，最大為43%；旋偏角：旋偏一般小于8°；航線彎曲度：所有的彎曲度均小于3%；航高保持：同一條航線上相鄰像片的航高差均小于20米。同一航線上最大最小航高之差一般小于30米，符合規(guī)范要求。
2.像控布設及實施
根據(jù)該煤田勘查區(qū)特點，全區(qū)采用平高區(qū)域網(wǎng)布點方案。全測區(qū)按飛行架次與地形條件劃分為四個網(wǎng)區(qū)。像片控制點采用了航線網(wǎng)布設，航向相鄰像控點基線跨度為5條基線，最長為7條基線，旁向跨度為兩條基線。全測區(qū)各區(qū)域網(wǎng)內(nèi)像控點布設如下圖4所示。
圖4區(qū)域網(wǎng)布設圖
3.影像處理
影像處理主要包括畸變差糾正、空中三角測量、3D產(chǎn)品制作及精度檢查等內(nèi)容。
(1)影像畸變差糾正
由于低空無人機的載重及體積原因，搭載傳感器為非量測型相機，感光單元的非正方形因子和非正交性，以及物鏡組的徑向和切向畸變差的存在使得獲取的數(shù)碼影像存在各種畸變差，不能直接用于測繪生產(chǎn)[5]。本次航飛前在專業(yè)檢校場對相機進行精檢校，獲取相機畸變差系數(shù)，借助PixelGrid畸變糾正模塊完成數(shù)據(jù)預處理。
(2)空中三角測量
本次空中三角測量加密使用適普自動空中三角測量軟件VirtuoZo AAT，該軟件除半自動量測控制點之外，其他所有作業(yè)（包括內(nèi)定向、選取加密點、加密點轉點、相對定向、模型連接和生成整個測區(qū)像點網(wǎng)）都可以自動完成。由于PATB光束法區(qū)域網(wǎng)平差程序具有高性能的粗差檢測功能和高精度的平差計算功能，因為本次航飛應用無人機進行低空攝影飛行，根據(jù)無人機的飛行質(zhì)量情況，測區(qū)內(nèi)所有加密點需要人工選取，內(nèi)業(yè)工作量較大。
測區(qū)西北部地面坡度在6°～25°，地形類別為山地，其他大部分地面坡度在2°以下，地形類別為平地。因此確定1:2000數(shù)字線劃圖等高距為1米。
區(qū)域網(wǎng)劃分：平高像控點采用區(qū)域網(wǎng)布點，全測區(qū)按飛行架次與地形條件劃分為四個網(wǎng)區(qū)。高程像控點采用了航線網(wǎng)布設，相鄰網(wǎng)區(qū)間使用多個公共像控點，減少了測區(qū)接邊誤差。
采用VirtuoZo AAT自動空中三角測量加密軟件與PATB平差軟件進行反復加密與平差，直至成果滿足精度要求。詳細空中三角測量作業(yè)方法如下：
建立測區(qū)：設置測區(qū)基本參數(shù)、建立相機文件、建立測區(qū)影像列表；
自動內(nèi)定向：建立框標模板，檢查自動內(nèi)定向結果；
確定航線間的偏移量，選取連接點、人工加密點；
調(diào)用PATB平差，挑出粗差點進行修測；
導入控制點文件，量測控制點；
調(diào)用PATB平差，編輯粗差較大的控制點、連接點，直至成果合格；
導出空中三角測量成果。
加密過程按軟件的功能遵循圖5流程進行。
圖5空中三角測量加密作業(yè)流程
空中三角測量是數(shù)據(jù)處理的核心，主要作業(yè)方法為根據(jù)POS數(shù)據(jù)自動建立航帶內(nèi)和航帶間的拓撲關系網(wǎng)進行全自動連接點提取，通過大量平差點和快速平差算法剔除粗差點，利用控制點做空中三角測量計算，獲取精確的外方位元素，生成加密點坐標。本項目空中三角測量加密成果精度見表3.
表3光束法整體平差精度報告
(3)DLG、DOM、DEM制作
在VZ站下導入空三成果恢復立體模型，生成核線影像文件，進行影像匹配、編輯，線劃圖采集。根據(jù)外業(yè)調(diào)繪片在CASS環(huán)境下進行屬性編輯、圖廓整飾。利用采集的三維DLG數(shù)據(jù)內(nèi)插生成DEM數(shù)據(jù)，從而進行DOM制作。將正射影像圖與線畫圖疊加分幅整飾最終完成1:2000地形圖制作。如圖6、圖7所示。
圖6測區(qū)局部DEM效果圖圖7 測區(qū)局部DLG和DOM疊加效果圖
(4)DLG成圖精度分析
精度評定包含地理精度和數(shù)學精度評定兩方面。地理精度評定采取外業(yè)巡視的方法對圖面地理要素的正確性及數(shù)據(jù)完整性、綜合取舍的合理性、接邊質(zhì)量等進行檢查；數(shù)學精度評定包括平面位置評定和高程評定，主要采用RTK實測地物點，并對比圖上坐標，計算較差，利用點位中誤差公式計算出各個檢查點的平面位置中誤差和高程中誤差。
在保證精度評定基礎上，全區(qū)選取19幅1:2000地形圖進行檢查。本次項目采取地理精度、數(shù)學精度同步檢查方式，在對地物特征點進行坐標數(shù)據(jù)采集的同時，根據(jù)現(xiàn)場地物實際情況檢查圖面信息，并保證19幅均勻抽取10檢測點以上。本次野外對19幅1:2000地形圖進行外業(yè)檢查。經(jīng)檢查，精度均優(yōu)于規(guī)范要求。檢查情況如下表4：
表 4 地形圖精度檢查情況
分析表4數(shù)據(jù)可知，無人機航攝技術測繪1:2000地形圖的高程、平面中誤差均滿足《1:500 1:1000 1:2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》（GBT 7931-2008）要求，平面精度和高程精度指標大部分小于限差的1/3，符合設計與甲方要求；通過與實地地物特征現(xiàn)場對比、量測可知，圖面內(nèi)容表達清晰，地物地貌取舍合理，均符合《國家基本比例尺地圖圖式第1部分：1:5001:10001:2000地形圖圖式》（GB/T 20257.1-2007 ）規(guī)范要求。依據(jù)《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》核定該成果質(zhì)量為“優(yōu)”。
四、結束語
低空無人機具有輕便靈活、反應迅速、成本低廉等諸多優(yōu)點，本文將該技術應用于煤田普查1:2000地形圖測繪中，該技術在“短、平、快”的小范圍地形測量中優(yōu)勢明顯，可以高效、快速、保質(zhì)地完成測繪工作任務，極大的節(jié)省了人力，縮短了測量周期。
然而，必須明白低空無人機航攝系統(tǒng)自身仍存在諸多缺陷，如采用小幅面的非量測型相機，單幅影像覆蓋面積小，正射影像圖接縫工作量大；像對模型多，增加了模型切換和模型接邊工作量；飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，受天氣影響大（特別是風力）；空中三角測量工作量大，區(qū)域網(wǎng)接邊誤差較大，影響地形圖精度。
總而言之，低空無人機雖然存在諸多缺陷，但是在作業(yè)工程中選擇正確的方式方法，認真扎實的做好每一步工作，可以有效的降低誤差，提高作業(yè)精度。在“短、平、快”小范圍的煤田普查項目中，低空無人機明顯具有其突出的優(yōu)勢。
參考文獻：
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