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低空無人飛行器在地勘工作中開展大比例尺地形圖航空攝影的應(yīng)用

2020-10-22 01:54
世界有色金屬 2020年14期
關(guān)鍵詞:航空攝影測繪精度

(甘肅省核地質(zhì)二一三大隊,甘肅 天水 741020)

測繪航空攝影近年來發(fā)展迅速,低空無人飛行器在地勘項目中開展大比例尺地形圖測繪已經(jīng)十分普遍,無人機(jī)測繪是其中的主流載荷設(shè)備。通過低空無人飛行器的使用,能夠相對容易的采集數(shù)據(jù),極大的提高地形圖生產(chǎn)效率。航空攝影作業(yè)數(shù)據(jù)成果質(zhì)量主要受航線規(guī)劃、外業(yè)飛行、內(nèi)業(yè)處理方面的影響,掌握航空攝影的作業(yè)流程和技術(shù)要點,對提高地形圖的精度和成圖效率具有重要意義。本文以甘肅肅北縣某地勘項目的1:1000比例尺地形圖為例,闡述了無人飛行器開展地形圖航空攝影的作業(yè)流程、方法以及技術(shù)要點,以期在實踐應(yīng)用中提供參考。

1 地形圖航空攝影

1.1 作業(yè)流程

本項目航空攝影作業(yè)流程主要包括:測區(qū)踏勘、資料收集;基礎(chǔ)控制測量;航空攝影;像片控制測量;空中三角測量;像片調(diào)繪;內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集成果檢查;提交地形圖成果,見圖1。

1.2 航空攝影

項目采用大鵬CW-10垂直起降復(fù)合翼無人機(jī),該無人機(jī)集成了RTK定位和高分辨率相機(jī),使得飛行質(zhì)量得以大大提高。本次航空攝影測量所選用相機(jī)為SONYα7,3600萬像素,全畫幅。使用前進(jìn)行數(shù)碼相機(jī)檢校。一是相機(jī)檢校參數(shù)包括:主點坐標(biāo)、主距和畸變差方程系數(shù);二是檢校精度應(yīng)滿足:主點坐標(biāo)中誤差不應(yīng)大于10μm,主距中誤差不應(yīng)大于5μm,經(jīng)過畸變方程式及測定的系數(shù)值擬合后,殘余畸變差不應(yīng)大于0.3像素。

圖1 地形圖航空攝影生產(chǎn)流程

2 航線規(guī)劃

測區(qū)航線覆蓋范圍約36km2,根據(jù)南北地勢差異,分為20個架次飛行,飛行高度550m,航向重疊度75%、旁向重疊度80%,單架次飛行約1.8km2,同一航線上相鄰像片的航高差不應(yīng)大于30m,最大航高與最小航高之差不應(yīng)大于50m。

2.1 飛行及拍攝要求

(1)像片傾角。像片傾角不大于5°,最大不超過12°,出現(xiàn)超過8°的片數(shù)不應(yīng)多于總數(shù)的10%;數(shù)碼相機(jī)旋偏角一般不大于8°,最大不超過15°,出現(xiàn)超過10°的片數(shù)不多于總數(shù)的10%。

(2)像片旋角。像片旋角不大于15°,在確保像片航向和旁向重疊度滿足要求的前提下,個別最大旋角不超過30°,在同一航線上旋角超過20°像片數(shù)不應(yīng)超過3片,超過15°旋角的像片數(shù)不得超過分區(qū)像片總數(shù)的10%;像片傾角和像片旋角不應(yīng)同時達(dá)到最大值。

(3)漏洞補(bǔ)攝。航攝中出現(xiàn)的相對漏洞和絕對漏洞均及時補(bǔ)攝,并采用前一次航攝飛行的數(shù)碼相機(jī)補(bǔ)攝,補(bǔ)攝航線的兩端應(yīng)超出漏洞之外兩條基線。

(4)影像質(zhì)量要求。

影像應(yīng)清晰,層次豐富,反差適中,色調(diào)柔和;應(yīng)能辨認(rèn)出地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像,能夠建立清晰的立體模型。

影像上不應(yīng)有云、云影、煙、大面積反光、污點等缺陷。雖然存在少量缺陷,但不影像立體模型的連接和測繪,可以用于測制線劃圖。

確保因飛機(jī)地速的影響,在曝光瞬間造成的像點位移一般不應(yīng)大于1個像素,最大不應(yīng)大于1.5個像素。

2.2 差分解算

將基站坐標(biāo)和航飛像主點導(dǎo)入無人機(jī)后處理軟件,進(jìn)行基線解算,解算無誤后導(dǎo)出差分后的像主點坐標(biāo),然后通過七參數(shù)將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成國家2000大地坐標(biāo)系的像主點坐標(biāo)。

2.3 像控點測量

像控點采用GPS-RTK方式施測。因本項目采用無人機(jī)航攝,像片重疊度大,內(nèi)業(yè)模型連接容易,像控布點不考慮航攝分區(qū),全區(qū)統(tǒng)一按橫向、縱向間隔500m左右均勻布設(shè)。本區(qū)為地物稀少區(qū),地面很難找到刺點目標(biāo),故本區(qū)在航空攝影之前應(yīng)布設(shè)地面標(biāo)識作為像片控制點。

地標(biāo)點采用油漆在地面上繪一1m×1m的“十”字,寬度不宜小于10cm。若設(shè)計像控點周邊50m范圍內(nèi)有GPS點或圖根點,可直接在控制點上繪制地標(biāo)。

2.4 像片調(diào)繪

本區(qū)屬于荒漠無人區(qū),地物稀少,調(diào)繪采用打印像片調(diào)繪的方式實施。

空三加密完成后由內(nèi)業(yè)根據(jù)加密成果結(jié)合模型連接成果,制作概略影像圖,并打印出圖,供外業(yè)調(diào)繪使用。外業(yè)調(diào)繪中性筆整飾,以保證圖面清晰整潔為原則,顏色統(tǒng)一使用紅、綠、黑三種。本區(qū)調(diào)繪內(nèi)容有測量控制點、水系、房屋、鉆孔、交通、地貌、植被與土質(zhì)、注記等。

2.5 地形圖數(shù)據(jù)采集與編輯

2.5.1 地形圖采集

地形圖采集的原則:應(yīng)做到測繪地物、地貌元素?zé)o錯漏、不變形、不移位。

①因本區(qū)由無人機(jī)進(jìn)行航空攝影,像幅小、像片重疊度大,在立體采集時,均選用了最優(yōu)像對進(jìn)行采集(定向點視差最小),確保了成果精度。②圖面檢查主要檢查缺漏、地形地貌、地物地貌套合是否合理、高曲矛盾等。數(shù)據(jù)方面主要檢查數(shù)據(jù)層色的正確性、資源文件使用是否正確等。

2.5.2 地形圖數(shù)據(jù)編輯

以采集的數(shù)據(jù)為依據(jù),參照調(diào)繪像片,按圖式和實施方案要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和整飾。著重對已采集調(diào)繪的數(shù)據(jù)進(jìn)行整飾:刪除多余要素、配置相應(yīng)的圖式符號和名稱注記、植被符號、圖幅接邊、要素的歸類分層等,并注意了各類地物間相互關(guān)系正確性,正確反映測區(qū)的地理地貌特征。

3 數(shù)學(xué)精度檢測

因本測區(qū)為無人區(qū),地物稀少,數(shù)學(xué)精度檢測對高程精度進(jìn)行了檢測。外業(yè)檢測采用GPS-RTK測量方式,對隨機(jī)抽取的21幅664個高程注記點實地檢核,誤差統(tǒng)計見下表1:

表7 高程誤差統(tǒng)計表

檢查共計21幅,其中中誤差小于1/3允許中誤差的15幅,介于允許中誤差的1/3和1/2之間的6幅,介于允許中誤差的1/2和3/4之間的0幅,介于允許中誤差的3/4和1倍之間的0幅以上。檢測結(jié)果表明,該項目的數(shù)學(xué)精度良好,滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

本項目作業(yè)過程和質(zhì)量控制嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主項目設(shè)計要求執(zhí)行,在交通、地形條件較差的地勘項目區(qū)域,使用大鵬CW-10無人機(jī)完成了1:1000地形圖的測繪工作,測繪成果經(jīng)過程檢查和最終檢查證明數(shù)學(xué)精度良好。說明通過選擇合理的低空無人飛行器,可以滿足地勘項目大比例地形圖測繪的要求。

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