李朝阳
天长市自然资源和规划局（林业局） 安徽省天长市 239300
摘要：无人机是一种新型空中平台，在国民经济建设和现代军事中发挥着重要作用。在测绘领域，仅仅依靠遥感卫星、有人机很难及时、全方位地获取基础地理信息数据，而基于无人机平台的测绘技术因其能实时、全方位地获取遥感图像数据，逐渐成为测绘技术领域新的研究热点。多旋翼无人机以多个螺旋桨作为动力装置，能够垂直起降。其飞行高度低，空间分辨率高、可获得多角度影像，时效性好、不受重访周期限制，可对感兴趣区域进行“凝视”；另外，系统操作简单、作业方式灵活，对环境要求较低，能够在危险环境中作业。
关键词：多旋翼无人机；测绘数据；关键技术
引言
近年来无人机航测技术飞速发展，已成为重要的测绘手段之一，而多旋翼无人机则以其机动、灵活、便捷、高精度等诸多优势更多地应用于辅助城市规划的各项勘测工作中，且表现出色。
1低空无人机航测技术路线
测绘无人机种类较多，包括固定翼无人机、复合翼无人机和多旋翼无人机等，有其各自的优缺点和应用领域。低空多旋翼无人机，具备体积小、携带方便、稳定性高、起降方便、自动化程度高等特点，在各行各业得到广泛应用。无人机航测主要是以无人机为平台，搭载数码相机，按一定的航线规划，对测区进行低空摄影，获取原始影像数据，从原始影像数据中提取每张照片的位置信息(POS数据)，利用专业摄影测量处理软件进行空三、DSM点云生成、TIN构网、纹理映射等过程，构建完整的实景三维模型，还可生成真正射影像图和数字表面模型等。低空多旋翼无人机航测工作主要包括项目前期资料收集、航飞方案制定、外业数据采集、像控测量、空中三角测量、密集匹配及模型构建、实景三维建模、DOM/DSM生产、三维测图、外业补测及调绘等，具体的技术路线如图1所示。
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图1低空无人机航测技术路线图
2常见飞行器分类
根据飞行方式的不同 ，常见的飞行器通常分为固定翼飞行器、直升机、多旋翼飞行器、复合飞行器。固定翼飞行器是一种常见的飞行器 ，是历史最悠久的飞行器之一。其具有续航时间最长、飞行效率最高、载荷最大的优势 ，但是其起飞需要助跑 ，降落需要滑行 ，对起降场地的需求限制了其全面推广。直升机是一款应用广泛的飞行器 ，有着许多用途。直升机垂直起降 ，受限制小于固定翼飞行器。但是相较于固定翼飞行器 ，其续航时间不如固定翼飞行器 ，且机械结构复杂 ，有高维护成本。多旋翼飞行器是一种新兴飞行器 ，其小巧轻便 ，垂直起降 ，简单的机械结构和易于维护的优势使其在军事、娱乐、探测、治安等多方面有所应用。但是受限于自身的动力系统与机械结构 ，其载重与续航时间都更差。复合飞行器结合了旋翼飞行器与固定翼飞行器的特点。其机身上的螺旋桨可以使得它具有垂直起降能力 ，而机身上的固定机翼又能使得它能够像普通固定翼飞机一样 ，在空中依靠固定翼巡航 ，这样 ，就兼顾了直升机垂直起降的优点和固定翼飞机航向时间长的优点。但是 ，这类复合飞行器也存在结构复杂 ，难以维护的缺点。
3多旋翼无人机测绘数据处理关键技术
运用目标定位与跟踪、数字航空摄影测量、有序图像快速拼接、三维重建等技术对无人机航拍获取的图像进行处理，并按规范制作二维或三维测绘产品，这就是无人机测绘数据处理与产品制作的基本流程。本文以ContextCapture实景建模系统（以下简称“CC系统”）为基础，探讨无人机数据处理关键技术。CC系统以不同角度拍摄的数码照片为输入数据源，额外加入各种辅助数据（传感器属性、照片位置参数、照片姿态参数、控制点等），无需人工干预，可自动输出带有真实纹理的高分辨率三维模型。像控点的密度与分布直接关系着空三精度，进而影响模型精度。像控点密度过小，多余观测量不足时，使得空三解算精度降低。过多像控点大大增加内外业工作量，对空三精度并没有太大的提高，性价比不高。像控点应均匀布设在测区，并加强对测区边角的控制，这样在满足精度要求的同时减少了控制点的数量，取得更高的精度。本文着重对数据处理的关键技术进行探讨，对像控点的布设不做过多说明，仅从空中三角测量计算、三维模型重建这两个方面进行研究。
3.1空中三角测量
空三测量是利用连续摄取具有一定重叠度的航摄像片，依据少量已知的地面控制点，利用最小二乘法原理，在室内快速求解影像的自动加密问题。以建立起同实地相似的区域模型，从而得到测点的平面坐标与高程。在CC系统内进行空中三角测量主要分2步：相对定向与绝对定向。相对定向是通过计算机视觉法进行同名点匹配，来确定相片间的关系；绝对定向是通过像控点参与平差计算将确定相对关系后的相片解算至特定坐标系统中，实际上就是在影像、传感器、地面三者间建立数学关联。CC系统空三计算应分别处理生成空中与地面空三；对空中部分建模，选择能在地面部分中找到的点作为控制点；用外业实测的像控点对地面部分做刚性配准；结合空中部分预先定义的像控点，重新空三；将空中、地面空三合并，再做空三。经优化空三后，空三成果的优劣直接关系着三维模型的精度，CC系统是在调整后的残差基础上，利用最小二乘法进行迭代，当残差达到收敛值时停止，并生成完整的空三测量报告。
3.2三维模型重建
空三结束查看无明显错误后，便可进行三维模型重建。一个重建管理用于启动一个或多个场景制作的三维重建框架（包括空间参考系、兴趣区域、修饰、处理过程设置等）。CC系统中，三维模型重建必须选择与外业像控点一致的空间参考系；大规模的模型无法在计算机内存中载入，三维模型重建时就必须对三维瓦片进行分割设置，分割成较小瓦片以便处理运算。故如何合理选择瓦片的大小，使之在充分利用计算机资源的前提下快速建模完成，就显得尤为重要。以某项目为例，瓦片分割如图1、图2所示：
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图1不切分瓦片 图2按边长180m切分瓦片
图1中，未进行瓦片切分的模型大小190G，建模兴趣区外部的瓦片难以去除；图2中，按边长180m，将重建区域分割成规则立方体瓦片，单个瓦片大小为57G，这样兴趣区外部的或不包含任何连接点的瓦片会被舍弃，软件会保留在建模兴趣区内部的瓦片。三维模型进行瓦片分割后，每个瓦片都可以单独操作，模型的替换、修饰、修补通过瓦片编号来进行管理。
结语
伴随着硬件设备、计算机图形学、图像处理、虚拟现实等技术的飞速发展，多源测绘数据的处理速度得到大幅度提高，数据处理自动化、智能化得到飞速发展，测绘产品形式逐步从传统的二维向三维发展，其应用领域得到更大的拓展。本文以山西省某项目为实验区，对多旋翼无人机搭载5镜头倾斜影像仪进行航测获取的影像数据，运用Bentley公司ContextCapture软件进行处理，能够快速得到数字三维模型、DSM和DOM等产品，产品形式多样化。
参考文献
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