无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用

摘要：随着我国信息化领域的飞速发展，数字城市、数字国土、数字林业、数字环保、数字能源等数字化建设进程明显加快，并取得了一定的成果。无人机航拍摄影是以无人驾驶飞机作为平台，以机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术和计算机影像信息处理的新型应用技术，本文对无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：无人机；摄影测量技术；数字化地形测量

中图分类号：C35 文献标识码： A

一、无人机航摄系统平台

1、无人机低空航空摄影测量系统的定义

无人机遥感是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，自动化、智能化、专用化快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。

无人机遥感系统由于具有机动、快速、经济等优势，已经成为世界各国研究的热点课题，现已逐步从研究开发发展到实际应用阶段，成为未来的主要航空遥感技术之一。

2、无人机航空摄影测量系统的组成

无人机航摄系统包括无人机飞行平台、数码相机系统、飞行控制系统、地面监控系统、地面保障系统、配套软件系统6部分（见图1）。

3、无人机低空航空摄影的优势

4、无人机航空摄影测量的成果及其应用

无人机航测成图的成果种类与传统航空摄影测量基本一致，主要有DOM、DEM、DLG以及相关组合成果和衍生成果（如数字影像地图等）。

二、无人机航摄成图

1、像控点布设

2、航空拍摄

2.1航线设计

航线网布点应按航线每分段布设六个平高点；

航线首末端上下两操控点应布设在通过像主点且垂直于方向线的直线上，艰难时相互违背不大于半条基线；上下对点应布在同一立体相对内；

航线中间两操控点应布设在首末操控点中线上，艰难时可向两边违背一条基线摆布，其间一个宜在中线上；应尽量防止两控制点一起向中线同侧违背，呈现同侧违背时，最大不该该超越一条基线。

依照摄区范围、划定的分区和供给的分区均匀基准面高程进行航线设计。尽量确保一致航摄区域高差不大于设计航高的1/6，确保测区之间有堆叠度，航向堆叠60%―70%、旁向堆叠30%―40%。

2.2航摄

在规则的航摄期限内，挑选地表植被及其它掩盖物对成图影响较小、云雾少、无扬尘（沙）、大气透明度好的时节进行拍摄，并依据地势条件的不一样，严厉按标准规则的太阳高度角需求挑选拍摄时间。

3、空三加密

3.1工作流程

解析空中三角丈量，为纠正和测图供给了定向点和注记点，以及工作时所需求的仪器安顿元素数据，空三加密前需获得以下各种材料：航摄质量鉴定书，涤纶片，图历表，野外操控、调绘图像，布点略图，各种观测核算手簿，前一工序的技术设计书等。空中三角丈量工作流程如下图：

4、内业数字化测图―DLG出产

它包括精细立体测图仪测图和解析测图仪联机测图。精细立体测图仪适用于各种比例尺及各种地势种类的测图，解析测图仪适用于各种摄像材料的测图。该文首要介绍精细立体测图仪测图。

4.1测绘地物地貌

通过像片准备工作和定向后能够进行地物地貌测绘。立体测图可采用全野外凋绘后测图和内判测图后外业对照、补测和补调的办法。在运用内判测图后外业对照、补测和补调的办法时应留意：①航摄像片的现势性要好；②必要时需求编制测区室内判读样片③对有把握判准的地物地貌元素，按图饰需求直接测绘在图板上，对无把握判准的地物地貌元素，内业只测绘外括作为疑点留给外业处理。④外业进行查看、核对、补测和补调工作。对内业测绘有把握的部分应作抽查，对内业标明的疑点应作核对、补测，对内业无法判绘的地势元素应进行补调。

4.2接边和结束

测绘地物地貌时，应在仪器上与已描图边进行接边；像对间的地物接边差不大于地物点平面方位中差错的两倍，等高线接边差应不大于1个根本等高距；每像对测完后应经查看才能从仪器上取下，每幅图测完后应认真进行自校和材料收拾。

三、无人机航摄效率影响因素分析

无人机航摄效率的影响因素主要包括以下4方面：①摄区面积；②无人机续航时间；③相机续航时间；④相机的像幅大小。公式为： N=Int（PArea/FArea）+1

（1）

式中，N为摄区飞行架次数；PArea为摄区面积；FArea为单架次航摄面积；Int（）表示将数字向下舍去到最接近的整数。

由式

（1）可知，航摄架次与摄区面积成正比，与单架次航摄面积成反比。因此，在保障摄区任务的前提下，要提高航摄效率，只有提高单架次的航摄面积。而单架次的航摄面积与以上的②③④因素直接相关。如果把单架次的航摄面积分摊到每张有效的像片上，那么每张像片的有效面积可以近似认为是单像片扣除单次重叠后的面积，即单架次航摄面积=单像片有效面积×片数=单像片长×（1-航线重叠）×单像片宽×（1-旁向重叠）×飞机和相机续航时间的最小值内拍的片数根据投影关系：

可得到单片贡献面积SArea：

式中，f为焦距，单位为mm；H为相对航高，单位为m；u为像元大小，单位为mm；GSD为地面分辨率，单位为m；Row和Col分别为像片行数和列数；Oc为航向重叠度；Or为旁向重叠度。以上推理基于固定地面分辨率的情况，而这也是生产中常用的情况。由公式

（3）的分析得出结论为：①单架次航摄面积与相机像元大小以及航高的平方成正比，与焦距的平方成反比；②单架次航摄面积与像幅大小成正比；③单架次航摄面积与航摄时间成正比。要提高无人机的航摄效率，可以采取如下措施：①选择较高的航高和短焦相机；②减少影像重叠度；③选择大容量的相机电池；④增大无人机的载油量；⑤减少单位时间消耗的油量。实际作业中，相机的焦距是固定的，影像重叠度必须得到保证，因此增大油箱容量和减少单位时间油耗是最可行的办法。

单位时间的油耗，实际体现的是无人机螺旋桨的效率问题。在空气动力学理论中，一般用以下公式来表示：

式中，η为螺旋桨的效率；r为桨叶上任一剖面到旋转轴的距离；θ为剖面角（螺距）；V为前进速度；D为螺旋桨直径；P为旋转阻力。

由式

（4）可以得出，在机型一定的情况下（此时P为定值），η与tanθ成正比，即其他条件确定的情况下，螺距越大则螺旋桨效率越高；同时，桨尖处螺距角的影响比靠近旋转轴处的角度影响更大。

因此，在其他条件不变的情况下，通过用砂纸打磨螺旋桨，修改螺旋桨桨叶翼面与旋转平面的交角（重点是桨尖处的角度）的方法，增大螺旋桨的螺距，可提高无人机的效率，减少油耗。

结束语：

本文通过对影响无人机航摄效率的相关因素的分析，得到提高其效率的可行性方案，进行无人机的升级改造，挖掘无人机的潜力，并在实践中进行了验证，对航摄效率提高效果明显，使无人机进行大面积航摄作业成为可能。今后，采用大载荷、装载更多油料和搭载更大像幅的相机的大中型无人机，进一步提高航摄效率值得期待。