無人機低空遙感是傳統航空攝影測量手段的有力補充, 具有空域申請便利、受氣象和起降場地限制小、應用範圍廣、作業成本低、生產週期短、圖像精細等特點。 隨著無人機平臺、載荷設備及資料處理軟體技術的發展, 無人機低空遙感對快速獲取高空間解析度影像具有明顯的優勢, 在災害應急處理、基礎測繪、土地利用調查、礦山開發監測和智慧城市建設等方面具有廣闊的應用前景[1， 2,3,4,5]。 目前, 相關研究主要集中在無人機航攝影像匹配、三維重建和圖像識別等方面。 將無人機低空遙感技術在各領域中進行應用, 還必須掌握無人機遙感系統設計、工作流程規劃和資料處理等關鍵技術。
周口店地區是我國傳統的野外地質實習基地之一, 儘管多年來該區域積累了大量繪製地質資料, 但仍急需該區域的高精度正射影像、三維模型等資料, 為地質實習人員提供可靠依據。 本文從無人機低空遙感技術應用的角度, 對其關鍵技術進行了研究, 搭建了無人機遙感系統, 在周口店地區開展了應用實驗, 獲取了周口店地區大範圍的高精度的數位高程模型(digital elevation model, DEM)、數字正射影像圖(digital orthophoto map, DOM)和數位表面模型(digital surface model, DSM)等資料, 為區域地質實習提供了可靠依據, 實現了低成本、高效的無人機低空遙感應用, 驗證了實驗所採用技術方法的實用性。
1、系統設計
無人機低空遙感系統一般包括: 無人機平臺、飛行導航與控制系統(飛控系統)、地面監控系統、任務設備、資料傳輸系統、發射與回收系統、野外保障裝備以及其他附屬設備。 在實際應用中, 應根據任務需求, 選擇合適的無人機平臺及任務設備。 無人機遙感系統一般組成及連接原理見圖1。
圖1 無人機遙感系統組成
主要系統功能及設計包括以下幾個方面:
1)無人機平臺。 其主要功能是搭載飛控系統和相機等載荷並執行飛行任務。 常用機型有固定翼型和旋翼型2類。 固定翼型無人機航速快、續航時間長, 適合大範圍的航拍工作, 作業範圍甚至可達幾十km2; 旋翼型無人機具有機動靈活、可懸停、起降要求低等優點, 但相對航速慢、續航時間短, 適合小範圍、高精度的調查工作。 若開展大面積的航攝調查, 一般選擇固定翼無人機進行正射投影測量; 若開展精度較高的三維建模, 一般選擇旋翼型無人機進行傾斜攝影測量。
2)飛控系統、資料傳輸系統和地面監控系統。 飛控系統與資料傳輸系統是配套的硬體, 與地面可擕式電腦中安裝的監控系統軟體匹配使用。
3)任務設備。 無人機低空遙感一般採用非測量相機作為任務設備。 相機的性能越好, 航拍影像的精度、品質等參數越好, 但需綜合考慮成本、重量等因素。 相機由飛控系統自動控制, 可實現定點、定時、定距離拍攝。 為了提升圖像和後期計算的精度, 航拍前需要對相機進行標定。 隨著Pix4Dmapper等軟體演算法和功能的提升, 常可以省略標定工作。
4)發射與回收系統。 該系統用於保證無人機安全起飛和著陸。 對於固定翼型無人機, 在地理環境複雜、場地不具備滑跑條件的區域工作時, 一般採用拋射、彈射方式發射和傘降回收。
5)野外保障裝備以及其他附屬設備。 根據野外工作的實際需求, 還應配備運輸設備、維護工具箱和備附零件等野外保障裝備以及其他附屬設備, 保障無人機航拍作業順利完成。
2、工作流程
相對于傳統的航空攝影測量工作, 無人機低空遙感通常空域申請便利, 升空準備時間短, 受氣象、起降場地限制較小, 對區域地質條件要求較低。 規劃科學合理的工作流程, 是確保無人機低空遙感調查任務成功的重要條件。 一般工作流程見圖2。
圖2 無人機遙感調查技術流程
1)根據獲取的任務要求進行分析, 圈定調查區域, 瞭解任務區域的基本地理資訊、天氣及航空管制情況, 制定無人機飛行方案, 確定無人機的起降點、航線、飛行高度和飛行架次等。
2)根據飛行方案、區域地形、地質條件、航程、載荷和經費等要求, 確定無人機系統參數, 綜合考慮成本效率比, 搭建或選擇無人機遙感系統。此外, 還需設定任務載荷控制參數。由於無人機機體小、重量輕, 在空中易受到氣流干擾。為保證無人機航攝影像的品質, 要求其影像航向重疊度控制在70%~85%、旁向重疊度控制在35%~60%, 即需根據影像精度要求、航速、飛行高度和相機參數等確定合理的相機拍攝時間間隔, 從而獲取有效的、滿足資料處理要求的重疊影像[6]。
需要注意的是, 除了特別的應急需求, 應儘量選擇天氣較好的時間進行航攝, 以確保影像清晰度。在光線允許的條件下, 儘量使用定焦鏡頭, 採用小光圈拍攝, 並將相機ISO感光度調至最小, 否則大光圈景深不夠會導致三維模型模糊, 而感光度越大則雜訊越多。此外, 要控制鏡頭畸變, 以保證後期製作的三維模型品質。
3)到達飛行區域後, 開展飛行準備工作, 包括無人機全系統測試、發射與回收系統準備等, 為無人機的順利起降及安全作業提供必要保障。
4)飛行作業時, 通過地面站程式控制無人機, 按照規劃的航線自主飛行, 控制搭載相機及各類感測器獲取飛行姿態、目標地物影像等資料。遙感資料可通過無線資料連結即時傳輸給地面站, 或在無人機回收後通過存儲卡讀取。
5)獲取全部無人機遙感資料後, 進行資料匹配、品質檢查和壞點剔除等預處理工作。完成基本參數設置後, 通過各類無人機影像資料處理軟體進行計算、加工和處理, 最終輸出調查區域的DOM和DEM等資料成果。
3、資料處理
3.1 影像處理軟體
無人機遙感影像資料處理原理是通過數位攝影測量的方法進行計算, 即對不同位置獲取的具有一定重疊度的2張影像, 通過建立其攝影瞬間投影中心、影像和地物之間的共線方程, 根據地面控制點(ground control point, GCP)的實際座標, 算出與影像連接點(tie point, TP)對應的地物三維座標[7]。在實際處理無人機低空遙感影像資料時, 一般通過成熟的商務軟體完成相應計算。
當前, 無人機遙感影像處理軟體主要有: DPGird, PixelGrid, DPMatrix, MAP-AT, FlightMatrix, GodWork, Heli-Mapping, Cloud-AT以及GEOWAY for UAV等國內軟體, 還有Inpho, Pix4Dmapper, PIEneering, PhotoMOD, LPS, IPS, SSK, Socetset及LISA等國外的軟體[8]。這些軟體可以完成內定向、空三加密、生成點雲模型、DEM提取、影像糾正與拼接和DOM製作等工作。
隨著演算法和功能的不斷進步, 各類無人機遙感資料處理軟體對計算參數要求越來越低, 自動化程度和計算精度不斷提升。例如Pix4Dmapper可完全自動地完成整個資料處理過程, 甚至無需無人機的飛行姿態資料即可完成影像處理, 通過自動空三計算原始影像外方位元元素, 利用Pix4UAV的技術和區域網平差技術自動校準影像, 還可以無需相機檢校和控制點資料, 依據多目視覺影像三維重建技術生成三維模型。Pix4Dmapper可以處理多個不同相機拍攝的影像, 將數千張影像資料合併成一個工程進行處理, 拼接為一個影像, 快速形成成果圖(DOM和DSM等)。此外, Pix4Dmapper可自動生成精度報告, 提供定量化的自動空三、區域網平差和地面控制點的精度, 快速和正確地評估結果的品質。
3.2 資料處理流程
無人機由於其自重較輕等自身特點的局限性, 存在飛行姿態不夠穩定等問題, 導致所獲取的影像有旋偏角偏大、影像畸變和重疊度不規則等現象[10,11]。傳統的航空攝影測量資料處理軟體處理無人機航攝資料時, 工作量大, 校對程式複雜。本文採用Pix4Dmapper軟體進行資料處理工作, 其一般處理流程見圖3。
圖3 無人機影像處理流程
1)原始資料準備。原始資料包括影像資料、POS資料、飛行姿態資料以及控制點資料。需確認原始資料的完整性, 刪除品質不合格的影像資料。通過對航帶變化處的影像資料進行核對, 將每一組資料與影像對應, 用於資料處理。控制點有助於提升影像精度。控制點必須在測區範圍內合理分佈, 通常在測區四周以及中間都要有控制點。一般100張相片需要6個控制點左右, 更多的控制點對精度也不會有明顯的提升, 但在高程變化大的地方, 更多的控制點可以提升模型精度[9]。
2)參數設置。進行初始化設置、點雲加密設置、資料處理與資料成果設置等, 主要參數包括: 坐標系參數、地理定位參數、相機參數、DSM及DOM生成參數等。
3)計算及處理。完成資料導入、參數設置後, Pix4Dmapper即可自動進行計算, 完成影像重疊匹配、內定向、光束法局域網平差計算以及相機自檢校等, 利用生成的DEM資料對無人機影像進行傾斜改正和投影差校正, 完成影像鑲嵌、勻色和裁剪等工作, 最終得到調查地區的點雲模型、DEM、三維DOM和DSM等。
點雲模型進行插值加密後可生成真實三維模型, 可用於實際地物的任意距離、面積和體積的測量, 見圖4。DOM可以採取平面投影和正射投影2種方式生成。平面投影清晰度高, 正射投影位置更準確。對DOM和DEM資料進行合成並經過3D MAX和VRP軟體的處理還可得到三維演示模型。
圖4 三維模型的體積量算
4、實例應用
4.1 任務概況
周口店地區位於華北板塊中部, 是燕山山脈、太行山山脈和華北平原的接壤地帶, 是我國傳統的野外地質實習基地之一。在實際野外實習工作中, 急需該區域的高精度DOM、三維模型等資料, 為實習人員進行區域整體認知提供依據, 對該地區的遙感地質解譯情況與野外觀察結論進行對比驗證。
4.2 飛行方案的設計
本次調查採用的是固定翼無人機平臺, 其翼展1.2 m, 起飛重量1.5 kg, 有效載荷300 g; 巡航速度為60~160 km/h, 續航時間不小於1.5 h, 單次飛行時間在40 min以內; 抗風能力大於4級; 搭載三星NX MINI微單相機, 搭配9 mm定焦廣角鏡頭。飛控系統採用Pixhack飛行控制器, 集成了GPS, 慣性測量、無線電傳輸和遙控器等模組, 自帶通用性減震器。地面站採用Mission Planner控制軟體, 是可以搭建、配置和調試全功能硬體回路的無人機系統的重要構件, 具有無人機飛行模擬器介面。設置相關參數後, Mission Planner使用Google Maps就可以進行航點輸入, 完成航線規劃、飛行控制等任務。
選取的飛行測區為位於周口店地質實習基地以東, 面積約12 km2的太平山及其周邊地質實習區域。該區位於太行山脈北麓與華北平原接壤處, 海拔為150~300 m, 最高山峰為太平山, 海拔301 m, 相對高差約為150 m。規劃2次航線, 東西向和南北向各1航次。考慮到太平山對電臺信號的遮擋, 將起飛點設定在2個不同的地區, 太平山的南坡與北坡各一個。相片的重疊度設定為航向重疊度80%, 旁向重疊度60%, 相對航高為300 m, 地面空間解析度為10 cm。
4.3 資料獲取及處理
實際飛行2航次, 飛行任務順利, 共獲取照片800余張, 相片品質良好。採用掌上型高精度GPS接收機, 在飛行區域實測控制點28個, 並以在測區內均勻分佈為原則從中隨機抽取了檢查點20個。
採用Pix4Dmapper進行無人機低空影像資料處理, 將獲取的影像資料按照3.2節的流程進行了處理。首先, 將影像資料、POS資料以及控制點資料等原始資料進行整理; 然後, 建立工程並導入原始資料, 設置相機檔, 生成航帶並採用軟體快速處理的方法, 生成初步資料結果和品質精度報告, 用於檢查影像匹配情況和相機模型誤差(即最初的相機焦距和計算得到的相機焦距相差不能超過5%, 否則需重新設置); 再用像控點編輯器在像片上逐個刺出控制點, 並在完成控制點導入後, 採用軟體高精度處理的方法自動完成內定向、光束法局域網平差計算等; 最後, 進行點雲及DOM編輯, 依次進行點雲模型生成、DEM生成、調整拼接線、投影切換、影像混合、生成DOM, 最終生成空間解析度為0.2 m的DOM。全部處理過程耗時156 min。
4.4 結果分析
通過Pix4Dmapper處理生成的周口店地區DOM如圖5所示, 該影像未經過後期處理。通過目視判讀可以看出DOM的拼接效果好, 沒有明顯的錯縫, 色調均勻, 反差適中。
圖5 周口店地區的正射影像
將手動測量檢查點在DOM(含DEM高程資料)上的三維座標與野外實測座標比對, 分析了資料產品的品質, 2種處理方法的誤差統計見表1。
表1 周口店無人機遙感影像資料誤差統計
從表1中可以得出, 通過Pix4Dmapper進行高精度資料處理的結果精度較高, 生成的DOM和DEM精度符合GB 23236— 2009《數字攝影測量空中三角測量規範》中對精度的要求, 可以滿足常規的地質調查、應急測繪等應用的需要。快速處理的資料精度較低, 最大高程誤差達到12.44 m, 無法滿足精確三維建模的需求。這主要是因為快速處理未引入地面控制點資料進行糾正, 而無人機飛控系統採集的POS資料精度不夠。因此, 快速處理一般在飛行現場進行, 主要起到快速檢查的作用, 發現問題可及時糾正, 防止後續室內高精度處理時才發現問題, 喪失補救時機而導致任務失敗。
此外, 還可將Pix4Dmapper高精度處理生成的點雲模型, 直接應用於周口店地質實習的線路規劃與距離測量、礦山開發體量計算與監測等工作, 具有較高的精度、很好的實用性與時效性。
5、結論
1)本文對無人機低空遙感應用技術進行了研究, 在周口店地質實習區開展了應用實驗, 獲取了目的地區域0.2 m空間解析度的影像及DOM等資料, 處理時間、影像品質和成果精度均滿足常規地質調查、應急測繪等應用需求, 驗證了實驗所採用技術方法的實用性, 為無人機低空遙感技術應用提供了參考。
2)規劃合理的工作流程是順利完成無人機低空遙感應用工作的重要保證。在實際工作中, 必須考慮調查區域的地理資訊、天氣及航空管制情況, 合理制定無人機飛行方案。
3)無人機遙感系統的搭建與拍攝參數確定是順利完成飛行任務的關鍵。需要根據飛行方案、航程和載荷等搭建無人機遙感系統, 根據航速、飛行高度等確定合理的相機拍攝時間間隔或相片重疊度參數, 以滿足後期資料處理要求。
4)採用成熟、專業的無人機影像資料處理軟體, 可將工程人員從各類繁雜的影像演算法中解脫出來, 專注於處理業務問題, 可大大提高無人機低空遙感的應用效率。隨著無人機低空遙感系統資料獲取設備精度的提高和資料處理軟體演算法的進步, 無人機低空遙感技術將在災害應急處理、土地利用調查、礦山開發監測和智慧城市建設等方面發揮越來越顯著的作用。
圖2 無人機遙感調查技術流程
1)根據獲取的任務要求進行分析, 圈定調查區域, 瞭解任務區域的基本地理資訊、天氣及航空管制情況, 制定無人機飛行方案, 確定無人機的起降點、航線、飛行高度和飛行架次等。
2)根據飛行方案、區域地形、地質條件、航程、載荷和經費等要求, 確定無人機系統參數, 綜合考慮成本效率比, 搭建或選擇無人機遙感系統。此外, 還需設定任務載荷控制參數。由於無人機機體小、重量輕, 在空中易受到氣流干擾。為保證無人機航攝影像的品質, 要求其影像航向重疊度控制在70%~85%、旁向重疊度控制在35%~60%, 即需根據影像精度要求、航速、飛行高度和相機參數等確定合理的相機拍攝時間間隔, 從而獲取有效的、滿足資料處理要求的重疊影像[6]。
需要注意的是, 除了特別的應急需求, 應儘量選擇天氣較好的時間進行航攝, 以確保影像清晰度。在光線允許的條件下, 儘量使用定焦鏡頭, 採用小光圈拍攝, 並將相機ISO感光度調至最小, 否則大光圈景深不夠會導致三維模型模糊, 而感光度越大則雜訊越多。此外, 要控制鏡頭畸變, 以保證後期製作的三維模型品質。
3)到達飛行區域後, 開展飛行準備工作, 包括無人機全系統測試、發射與回收系統準備等, 為無人機的順利起降及安全作業提供必要保障。
4)飛行作業時, 通過地面站程式控制無人機, 按照規劃的航線自主飛行, 控制搭載相機及各類感測器獲取飛行姿態、目標地物影像等資料。遙感資料可通過無線資料連結即時傳輸給地面站, 或在無人機回收後通過存儲卡讀取。
5)獲取全部無人機遙感資料後, 進行資料匹配、品質檢查和壞點剔除等預處理工作。完成基本參數設置後, 通過各類無人機影像資料處理軟體進行計算、加工和處理, 最終輸出調查區域的DOM和DEM等資料成果。
3、資料處理
3.1 影像處理軟體
無人機遙感影像資料處理原理是通過數位攝影測量的方法進行計算, 即對不同位置獲取的具有一定重疊度的2張影像, 通過建立其攝影瞬間投影中心、影像和地物之間的共線方程, 根據地面控制點(ground control point, GCP)的實際座標, 算出與影像連接點(tie point, TP)對應的地物三維座標[7]。在實際處理無人機低空遙感影像資料時, 一般通過成熟的商務軟體完成相應計算。
當前, 無人機遙感影像處理軟體主要有: DPGird, PixelGrid, DPMatrix, MAP-AT, FlightMatrix, GodWork, Heli-Mapping, Cloud-AT以及GEOWAY for UAV等國內軟體, 還有Inpho, Pix4Dmapper, PIEneering, PhotoMOD, LPS, IPS, SSK, Socetset及LISA等國外的軟體[8]。這些軟體可以完成內定向、空三加密、生成點雲模型、DEM提取、影像糾正與拼接和DOM製作等工作。
隨著演算法和功能的不斷進步, 各類無人機遙感資料處理軟體對計算參數要求越來越低, 自動化程度和計算精度不斷提升。例如Pix4Dmapper可完全自動地完成整個資料處理過程, 甚至無需無人機的飛行姿態資料即可完成影像處理, 通過自動空三計算原始影像外方位元元素, 利用Pix4UAV的技術和區域網平差技術自動校準影像, 還可以無需相機檢校和控制點資料, 依據多目視覺影像三維重建技術生成三維模型。Pix4Dmapper可以處理多個不同相機拍攝的影像, 將數千張影像資料合併成一個工程進行處理, 拼接為一個影像, 快速形成成果圖(DOM和DSM等)。此外, Pix4Dmapper可自動生成精度報告, 提供定量化的自動空三、區域網平差和地面控制點的精度, 快速和正確地評估結果的品質。
3.2 資料處理流程
無人機由於其自重較輕等自身特點的局限性, 存在飛行姿態不夠穩定等問題, 導致所獲取的影像有旋偏角偏大、影像畸變和重疊度不規則等現象[10,11]。傳統的航空攝影測量資料處理軟體處理無人機航攝資料時, 工作量大, 校對程式複雜。本文採用Pix4Dmapper軟體進行資料處理工作, 其一般處理流程見圖3。
圖3 無人機影像處理流程
1)原始資料準備。原始資料包括影像資料、POS資料、飛行姿態資料以及控制點資料。需確認原始資料的完整性, 刪除品質不合格的影像資料。通過對航帶變化處的影像資料進行核對, 將每一組資料與影像對應, 用於資料處理。控制點有助於提升影像精度。控制點必須在測區範圍內合理分佈, 通常在測區四周以及中間都要有控制點。一般100張相片需要6個控制點左右, 更多的控制點對精度也不會有明顯的提升, 但在高程變化大的地方, 更多的控制點可以提升模型精度[9]。
2)參數設置。進行初始化設置、點雲加密設置、資料處理與資料成果設置等, 主要參數包括: 坐標系參數、地理定位參數、相機參數、DSM及DOM生成參數等。
3)計算及處理。完成資料導入、參數設置後, Pix4Dmapper即可自動進行計算, 完成影像重疊匹配、內定向、光束法局域網平差計算以及相機自檢校等, 利用生成的DEM資料對無人機影像進行傾斜改正和投影差校正, 完成影像鑲嵌、勻色和裁剪等工作, 最終得到調查地區的點雲模型、DEM、三維DOM和DSM等。
點雲模型進行插值加密後可生成真實三維模型, 可用於實際地物的任意距離、面積和體積的測量, 見圖4。DOM可以採取平面投影和正射投影2種方式生成。平面投影清晰度高, 正射投影位置更準確。對DOM和DEM資料進行合成並經過3D MAX和VRP軟體的處理還可得到三維演示模型。
圖4 三維模型的體積量算
4、實例應用
4.1 任務概況
周口店地區位於華北板塊中部, 是燕山山脈、太行山山脈和華北平原的接壤地帶, 是我國傳統的野外地質實習基地之一。在實際野外實習工作中, 急需該區域的高精度DOM、三維模型等資料, 為實習人員進行區域整體認知提供依據, 對該地區的遙感地質解譯情況與野外觀察結論進行對比驗證。
4.2 飛行方案的設計
本次調查採用的是固定翼無人機平臺, 其翼展1.2 m, 起飛重量1.5 kg, 有效載荷300 g; 巡航速度為60~160 km/h, 續航時間不小於1.5 h, 單次飛行時間在40 min以內; 抗風能力大於4級; 搭載三星NX MINI微單相機, 搭配9 mm定焦廣角鏡頭。飛控系統採用Pixhack飛行控制器, 集成了GPS, 慣性測量、無線電傳輸和遙控器等模組, 自帶通用性減震器。地面站採用Mission Planner控制軟體, 是可以搭建、配置和調試全功能硬體回路的無人機系統的重要構件, 具有無人機飛行模擬器介面。設置相關參數後, Mission Planner使用Google Maps就可以進行航點輸入, 完成航線規劃、飛行控制等任務。
選取的飛行測區為位於周口店地質實習基地以東, 面積約12 km2的太平山及其周邊地質實習區域。該區位於太行山脈北麓與華北平原接壤處, 海拔為150~300 m, 最高山峰為太平山, 海拔301 m, 相對高差約為150 m。規劃2次航線, 東西向和南北向各1航次。考慮到太平山對電臺信號的遮擋, 將起飛點設定在2個不同的地區, 太平山的南坡與北坡各一個。相片的重疊度設定為航向重疊度80%, 旁向重疊度60%, 相對航高為300 m, 地面空間解析度為10 cm。
4.3 資料獲取及處理
實際飛行2航次, 飛行任務順利, 共獲取照片800余張, 相片品質良好。採用掌上型高精度GPS接收機, 在飛行區域實測控制點28個, 並以在測區內均勻分佈為原則從中隨機抽取了檢查點20個。
採用Pix4Dmapper進行無人機低空影像資料處理, 將獲取的影像資料按照3.2節的流程進行了處理。首先, 將影像資料、POS資料以及控制點資料等原始資料進行整理; 然後, 建立工程並導入原始資料, 設置相機檔, 生成航帶並採用軟體快速處理的方法, 生成初步資料結果和品質精度報告, 用於檢查影像匹配情況和相機模型誤差(即最初的相機焦距和計算得到的相機焦距相差不能超過5%, 否則需重新設置); 再用像控點編輯器在像片上逐個刺出控制點, 並在完成控制點導入後, 採用軟體高精度處理的方法自動完成內定向、光束法局域網平差計算等; 最後, 進行點雲及DOM編輯, 依次進行點雲模型生成、DEM生成、調整拼接線、投影切換、影像混合、生成DOM, 最終生成空間解析度為0.2 m的DOM。全部處理過程耗時156 min。
4.4 結果分析
通過Pix4Dmapper處理生成的周口店地區DOM如圖5所示, 該影像未經過後期處理。通過目視判讀可以看出DOM的拼接效果好, 沒有明顯的錯縫, 色調均勻, 反差適中。
圖5 周口店地區的正射影像
將手動測量檢查點在DOM(含DEM高程資料)上的三維座標與野外實測座標比對, 分析了資料產品的品質, 2種處理方法的誤差統計見表1。
表1 周口店無人機遙感影像資料誤差統計
從表1中可以得出, 通過Pix4Dmapper進行高精度資料處理的結果精度較高, 生成的DOM和DEM精度符合GB 23236— 2009《數字攝影測量空中三角測量規範》中對精度的要求, 可以滿足常規的地質調查、應急測繪等應用的需要。快速處理的資料精度較低, 最大高程誤差達到12.44 m, 無法滿足精確三維建模的需求。這主要是因為快速處理未引入地面控制點資料進行糾正, 而無人機飛控系統採集的POS資料精度不夠。因此, 快速處理一般在飛行現場進行, 主要起到快速檢查的作用, 發現問題可及時糾正, 防止後續室內高精度處理時才發現問題, 喪失補救時機而導致任務失敗。
此外, 還可將Pix4Dmapper高精度處理生成的點雲模型, 直接應用於周口店地質實習的線路規劃與距離測量、礦山開發體量計算與監測等工作, 具有較高的精度、很好的實用性與時效性。
5、結論
1)本文對無人機低空遙感應用技術進行了研究, 在周口店地質實習區開展了應用實驗, 獲取了目的地區域0.2 m空間解析度的影像及DOM等資料, 處理時間、影像品質和成果精度均滿足常規地質調查、應急測繪等應用需求, 驗證了實驗所採用技術方法的實用性, 為無人機低空遙感技術應用提供了參考。
2)規劃合理的工作流程是順利完成無人機低空遙感應用工作的重要保證。在實際工作中, 必須考慮調查區域的地理資訊、天氣及航空管制情況, 合理制定無人機飛行方案。
3)無人機遙感系統的搭建與拍攝參數確定是順利完成飛行任務的關鍵。需要根據飛行方案、航程和載荷等搭建無人機遙感系統, 根據航速、飛行高度等確定合理的相機拍攝時間間隔或相片重疊度參數, 以滿足後期資料處理要求。
4)採用成熟、專業的無人機影像資料處理軟體, 可將工程人員從各類繁雜的影像演算法中解脫出來, 專注於處理業務問題, 可大大提高無人機低空遙感的應用效率。隨著無人機低空遙感系統資料獲取設備精度的提高和資料處理軟體演算法的進步, 無人機低空遙感技術將在災害應急處理、土地利用調查、礦山開發監測和智慧城市建設等方面發揮越來越顯著的作用。