无人机航空摄影测量技术在核电厂址测量中的应用

　　摘要：无人机航空摄影测量因成本低、精度高、作业方式灵活等特点得到了广泛的应用。在某核电项目中，采用了无人机获取测区的DEM及DOM数据通过现场检查证明，DOM平面精度可达到30cm以上，DEM精度达到50cm以上，为工程前期阶段的规划、设计、土石方量的估算等工作提供重要的技术支持。
　　关键词：无人机，航空摄影测量，三维模型，精度验证
　　1、 引言
　　无人机航空摄影测量因成本低、精度高、作业方式灵活等特点得到了广泛的应用。在我公司承担的某核电项目中，采用了无人机获取测区的DEM及DOM建立了三维电子沙盘，通过现场检查证明，电子沙盘平面精度可达到30cm以上，高程精度达到50cm以上，为工程前期阶段的规划、设计、土石方量的估算等工作提供重要的技术支持。
　　该核电厂位于广西壮族自治区防城港市港口区，厂址地处钦州湾盆地西北边缘，交通便利，北距省会南宁市约130km（直线距离），主要地貌为沿海丘陵和海湾滩涂。
　　2、无人机航空摄影
　　无人机航空摄影与传统航空摄影有较大区别，首先飞行高度低，影像分辨率高；其次机动性高，可随时随地执行航摄任务；但由于无人机重量轻速度慢受风力影响较大，而核电厂区长期3-4级风，加之厂区附近无合适起降场地，增加了本次航摄的难度。
　　2.1无人机航空摄影测量的技术设计
　　2.1.1航高设计
　　经计算当地面分辨率为0.15米时航高约为520米，考虑测区位于海边空风大且存在涡流现象，低空飞行时影响飞机姿态及摄影质量，故本次飞行的设计航高为480米。
　　2.1.2划分航摄分区
　　本次执行任务的无人机续航时间为1小时，航速33±5米/秒，航线间回头转弯约4分钟，起飞与降落需10分钟，有效飞行时间约40分钟，每架次可飞行面积约10km2，该区需2个架次飞行；鉴于地表高差起伏仅20-30米，远小于航高的三分之一，故只设一个航高区飞行即可。
　　2.1.3航线设计
　　根据摄影区域地形情况、起飞场地情况以及摄影分辨率要求等要素，使用“微型无人机低空遥感系统”自带程序进行自动航线设计。共布设10条航线（如下图所示）。按照数字摄影测量新型解算理论（即多基线自动空三解算）要求，该区设计航向重叠75%—85%，旁向重叠45%—55%，旁向最少不小于25%。
　　
　　图1航线规划图
　　当测区的风向与设计的航线成垂直方向时，为减小飞行过程的漂移问题，可调整航线方向。
　　3、无人机航空摄影测量的外业工作
　　3.1控制测量
　　3.1.1加密控制点的布设
　　测区有三等GPS点6个，四等GPS点18个，其坐标系统为1980西安坐标系和WGS84坐标系，高程为1985国家高程基准。以上控制资料可作为本项目的基础控制资料。鉴于该区已有基本控制点成果，而该项目所必需的像片控制点测量只需达到图根点精度即可满足正射影像图制作要求，故该区可不再加密控制测量，可以从已有控制点上用快速静态GPS直接联测像片控制点。
　　照现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+要求，一个作业区只需要五个像片控制点即可实现绝对定向。为了确保作业区的作业质量，拟布设不少于16个的像控点。以多余观测点参与平差，进一步提高空三解算精度。鉴于本测区的特殊地形情况及新的作业方法，为提高像片控制点捕捉精度，本测区在航摄前布设地面像控点标志。
　　3.1.2控制点测量
　　采用GPS快速静态观测，其技术要求如下：
　　定位模式 卫星高度角 有效观测卫星数 平均重复设站数 时段长度(min) 数据采样间隔 PDOP
　　快速静态 ≥15 ≥4 ≥1.6 ≥15 5~15s 6
　　表2GPS观测技术指标
　　对于GPS不能直接测量的点位，可用不多于三条边的双定向支导线引点观测。高程采用GPS拟合高程，起算高程点应多于三个，并使起算点分布于解算点外围。起算点高程等级不低于四等水准。
　　3.2航飞作业
　　航摄时间尽量选择在中午11点—15点之间，减少高差阴影。阴天时可不受时间段限制。无人机飞行对近地区域气流反应灵敏，一般要求起飞和降落的地面风力1—2级为宜，但该区近海岸普遍风大且有乱流，故飞行时应充分考虑此因素，空中飞行时的风力最好小于4级（5.5米/秒）以保证航片的重叠度。空气能见度的好坏，直接影响影像质量，当空气能见较差时，应压低航高或增加感光度以保证影像质量。实际航摄影像覆盖，航向应超出范围外一条基线，旁向超出范围线不少于像幅的15%，像片航向重叠不小于60%，旁向重叠不小于30%；旋偏角一般不大于10º，在确保不影响解算质量前提下，个别旋偏角最大不超过15º。
　　4、无人机航空摄影测量的内业处理
　　无人机航摄数据处理，应用现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+”进行自动空三加密，输入相机参数、POS数据、外控点成果及原始像片数据，输出空三加密成果及像控点残差成果。使用“现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+”的MAP-DEM功能，利用空三加密成果，自动匹配解算生成整个测区的DEM。
　　使用“现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+”的MAP-DOM功能，利用DEM成果及预处理后的影像，批量生成整个测区的DOM成果。生成后的DOM经过检查、编辑、接缝处理和色彩处理，其地物判读分辨率精度执行1：1000比例尺地形图有关指标要求。
　　将最终处理好的DOM和DEM在ArcGlobal软件中进行叠加，在加上注记信息，即可建立三维电子沙盘，如下图：
　　
　　图2某核电厂电子沙盘
　　5、结论
　　无人机低空摄影测量系统具有实时性、低成本等技术优势，其所获得的高分辨率遥感数据可应用于多种领域，以快捷便利的方式获取野外影像数据，减轻野外作业劳动强度，提高生产效率。采用了无人机获取测区的DEM及DOM建立了三维电子沙盘，为核电工程前期阶段的规划、设计、土石方量的估算等工作提供重要的技术支持。
　　参考文献：
　　[1]尹金宽．无人机低空数字摄影测量系统及其在道路工程中的应用[D]，硕士学位论文，2007年5月
　　[2]郑团结，王小平，唐剑．无人机数字摄影测量系统的设计和应用，计算机测量与控制[J]，2006年5月
　　[3]王佩军，徐亚明．摄影测量学[M]，2010年5月

《无人机航空摄影测量技术在核电厂址测量中的应用》

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文章名称： 无人机航空摄影测量技术在核电厂址测量中的应用

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