无人机航测方案设计

主要工作内容

利用无人机数码航空摄影技术手段完成厦门筼筜湖周边地区，总面积约1.64平方公里，获取筼筜湖畔范围内约1.64平方公里真彩数码航片，获取筼筜湖畔范围内约1.64平方公里1：1000数字线划图（DLG），生产数字高程模型（DEM），生成厦门筼筜湖周边地区数字正射影像图（DOM），地面分辨率优于0.1m的，成图比例尺满足1:1000的大比例尺航空影像工作任务。区域平均海拔高度约为10m，如下图1所示为测区谷歌影像。

技术方案

（1）航空摄影：本次航摄资料利用大疆无人机搭载高分辨率数码相机拍摄。按照1:1000比例尺成图要求及无人机飞行相关要求设计飞行实施。

（2）像片控制测量：利用厦门CORS系统，采用RTK测量或双频接收机双参考站模式按快速静态方式施测。

采用区域网布点法，按照4-5条基线，逐条航线布设平高像片控制点的原则进行布点。

选刺执行GB/T7931-2008《1:500 1:1000 1:2000航空摄影测量外业规范》； 像控点的测量执行GB/T18314-2009《全球定位系统(GPS)测量规范》和CH/T2009-2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》。

（3）高程点测量：按照每幅图10-15个点全野外进行实测，内业编辑上图。

（4）调绘参照GB/T7931-2008《1:500 1:1000 1:2000航空摄影测量外业规范》执行。图式符号执行GB/T 20257.1-2007《1：5001：1000 1：2000地形图图式》。

航空摄影技术参数设定

基本参数确定

航线设计需要确定的基本参数有重叠度、航摄比例尺、测区平均基准面、摄影机的焦距、影像的像幅大小。由基本参数计算出航线设计的参数有：在基准面上的飞行高度、航线位置、航向角及航线数、曝光的时间间隔、每条航线的曝光数、总曝光数。

（1）重叠度

重叠度包括航向重叠度和旁向重叠度，航向重叠60%-65%；旁向重叠30%-35%。航线设计是参照平均基准面进行的，地面起伏、影像倾斜角、飞行偏离航线、航高和地速变化等对重叠度均有影响。在航线规划时，可以预先考虑修正的是由地形起伏引起的变化，地形起伏对重叠度的影响不容忽视。地形起伏的高差对重叠度的影响如下式给出：

Px =P´x +(1- P´x)·∆h/H

                                          （5-1）

Py = Py + (1- P´y)·∆h/H

Px为考虑地形起伏影响时，航向重叠度实际值；P＇X为航向重叠度理论值；Py为考虑地形起伏影响时，旁向重叠度实际值；P＇y为旁向重叠度理论值；H为飞行的相对高度（相对基准面的高度，选取基准面）；∆h为测区地形相对基准面的变化值。

（2）航摄比例尺

航摄像片的比例尺是航空摄影的一个最基本的集合要素，是指像片上的一个单位距离所代表的实际地面距离，表示为：

            m = p/GSD                                （5-2）

m为航摄比例尺；GSD为影像地面分辨率；p为单位像元大小。实际摄影比例尺在像片上处处不相等，一般采用平均比例尺表示：

                m平均= f/H                                 （5-3）

f为摄影机的焦距；H为飞行的相对高度。

（3）测区基准面确定

一般情况下航测作业的基准面并非平均海面，通常需要根据测区地形特点选定的一个平面作为基准面。

                h基 =（h高 + h低）                  （5-4）

h基为平均基准面高度；h高为区域内最高点的平均高程；h低为区域内最低点的平均高程。

航线设计参数

航拍飞行计划参数设置如图所示。航摄区域要生成航摄航线，必须进行航拍参数的设置。相机型号选择Canon_EOS_5D_Mark_Ⅲ，安装方式选择横放，以及任务作业时的成图比例尺为1:1000，地面站分辨率为0.1米，航向重叠率为65%和旁向重叠率60%。通过上述的参数进行自动计算出拍照间距134.4米、航线间距230.4米和相对航高384米，输入被拍摄区域地面高度约10米。最后选择航线飞行进入方向。

建立的航摄飞行计划中，航拍规划区域以外的航线延伸点为设置的转弯引导点，其位置是根据设置的最小转弯半径和航线间距生成的，目的是为更平滑的切换工作航线，本次设计最小盘旋半径为60米。航拍参数设置如图5-1所示。

飞行计划参数设置完成后，自动生成针对本区域的航摄飞行计划，如图5-2所示。

但起飞点和降落点需要调整。在生成的航摄飞行计划中，有四个点具有特殊意义，其中0点为设置的应急航路点点，其高度设置为作业航线高度，放置在地面站附近，并设置成无限盘旋属性；1点为航摄起飞高度修正点，其高度与航摄工作面高度一致，当无人机由垂转平后，将首先向1点导航，并将在1点进行盘旋爬升，直到高度到达任务航线高度，导向2号航路点；图中31、32点表示生成的最后两个航路点，其中31点为返航预回收点，其高度与航摄工作面高度一致，为航摄任务完成后的返航点，而32点为降落前调整点，如图5-3所示。

航线设计一般应沿东西方向进行。考虑到学院地形的高程变化不大且范围较小，测区矩形范围偏东北-西南方位，因此本次航线设计总体以东西方向进行，航线偏向东北-西南，航带规划示意图如下图5-4。

在飞行计划规划过程中，用户需要对飞行环境进行全方面考虑，其中飞行计划沿途的地形（高程）对飞行器的安全飞行尤其重要，飞行计划须避开可能存在的山峰地貌。如图5-5所示，点击离线高程预览后，图中黄色曲线为飞行计划各航路点高度曲线，其可与高度曲线相对照。

像控点布设

像控点测量是指根据像片上内业的布点方案，在实地根据影像的灰度和形状找到并确定像控点的位置，测量并记录该点平面坐标及其高程。目前像控作业基本采用GPS进行测量，GPS定位技术以其灵活方便、作业周期短、劳动强度低等优点广泛应用于诸多测绘领域，极大地提高了工作效率。但是像控数据的载体却仍旧停留于纸质。不少作业单位在外业像控点测量时，仍旧是由作业人员拿着纸质相片到野外根据设计的位置选点、测量, 然后在相片上刺点，并在相片反面绘制点位略图和点位说明。这样的工作模式会产生一系列的问题:(1)相片存在着洗印成本，查找和管理均不便。(2)不同的作业小组有可能会用到同一张相片，存在受相片资源限制，影响工作进度。(3)纸质的影像，不可能放得很大，影像细节常常难以辨认，影响刺点精度，甚至导致返工。同时也会带来内业判读的不便。(4)作业小组回到室内还需要重辨认、绘制，产生了重复劳动的中间环节, 也增加了成果质量不高的风险。为了解决以上问题，通过实行航测外业作业数字化，以节约成本，简化作业流程，提高成果精度，真正达到航测内外业一体化的目的。

像控点的点位和目标要求

在内业设计阶段，对像控点的位置选取有比较严格的要求，要求平面点位选取在影像清晰的明显地物点、接近正交的线状地物交点、地物拐角点或固定的点状地物上，高程点选在局部高程变化小且点位周围相对平坦的地区，平高控制点则选在同时满足平面和高程点的要求，像控点在相邻像片上均清晰可见，并选择最清晰的一张作主刺片。内业设计人员通过软件，打开指定的影像以及相邻像片，进行布点设计，建立点号与相关像片的结合图表关系；外业工作人员携带平板电脑到外业，软件自动依据点号，打开相关像片，测量完成后，直接在软件的影像上刺点以及录入点位详细信息；最后将保存的像控点数据提交内业，做加密。

像控点的布设利用厦门CORS采用区域网布设，选刺执行CH/Z 3004-2010《低空数字航空摄影测量外业规范》；像控点的测量执行CH/T2009-2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》，高程采用GPS拟合高程。

控制点如布在道路上，可用红漆画红十字；如布设在泥地，则需要用腻子粉画设。所有控制点均采用GPS－RTK方式测量，坐标系统为厦门92坐标系，平面精度和高程精度需满足制作1∶1000 DOM的要求。

在内业，大致绘制确定像控点布设位置，实际点位需外业布设量测。如图6-1为在谷歌影像上初步选取的控制点，增删、最终确定待外业根据实际情况确定。