无人机航测技术在高山区电网建设中关键技术研究

摘 要：本文对无人机航测技术在高山区线路中关键技术进行分析;提出了无人机在高山区线路航飞的解决方案。阐述了给出了……;给出了重庆电力公司钢城-龙桥220kV送电线路实例,……。

关键字：无人机 航测 高山区 电网建设

中图分类号：V279+.2 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

大飞机航飞必须满足两个基本条件：一是拍摄能见度合适，对天气的依赖度很高；二是获得军事与民航部门批文。重庆独特的地理位置和地形条件，形成了独特的气候特征，多雨多雾，特别是秋冬季节，更是难见适合常规航飞的天气。重庆地区航空批文需两到三个月时间，且获得了航空批文后，必须在效期内进行航拍，如果因为天气等原因没有航飞，必须重新获航空批文。重庆市电力公司220KV聚宝～城口线路工程的航飞，因天气和空管原因搁浅了一个半月时间，严重影响了工程进度。

相较于大飞机航拍作业方式,无人机飞行航拍优势明显。首先，成本低、反应速度快、易于移动转场。其次，无人机可实行就地起降，省去了大飞机从机场到测区的路程和对起降场地严格的要求。另外，无人机可以在阴云天气摄影,飞行高度低，速度适合，能灵活应付复杂地形条件。

本文利用钢城-龙桥220kV送电线路，着重研究无人机航测技术在高山区电网建设中作业模式。

2.无人机数字航空摄影

2.1 基本航摄参数

为了保证相片的地面分辨率和无人机的安全，首先在已有1:10000老图上分区，保证航带内的地形高差不应大于1/6摄影航高。本次航摄采用Canon EOS 5D Mark II 焦距为35mm,相对航高1600m,地面分辨率为0.3m。像对立体覆盖率中线两侧不小于0.5km，钢城-龙桥线路设计4条并排的平行航线。

2.2 航摄技术特点

本项目选取了国内广泛应用的以PID控制为主的YS09控制系统，包括YS09自驾仪和YS09地面监控站。该系统可以稳定控制各种布局的无人驾驶飞机，使用简单方便，控制精度高，GPS导航自动飞行功能强，可以设定飞行速度、飞行高度，并且有各种任务接口，方便用户使用各种任务设备。起飞后即可立即关闭遥控器进入自动导航方式，在地面站上可以随意设置飞行路线和航点，支持飞行中实时修改飞行航点和更改飞行目标点。除此之外，还有很多的安全保护方案，最大限度的保证无人机的飞行安全和失效保护。

为满足影像摄影测量处理的要求，本项目在实施前对数码相机做了严格的检校。检校内容包括：主点位置(x0,y0)的测定；主距(f)的测定；光学畸变系数的测定。

图2.1无人机飞行平台

2.3航摄实施

2.3.1航线设计

根据已有1:10000地形图，进行航摄区域划分，尽量保证统一区域高差不大于设计航高的1/6，保证测区之间有重叠度，像片基线长为390m、航线间间隔为950m。（航线设计示意图附*.dwg文件）

钢城-龙桥线路：（1）共设计两条航线，每条航线93张照片、像片数共计186张、航线总长约72km，一个架次可以飞行完毕。（2）像对覆盖中线最弱出为0.92km。

2.3.2航线设计检查

航线设计完成后，必须进行设计情况的检查，即主要检查摄区最高点的重叠度情况和最低点的地面分辨率。设计时，在保证不超过最大分辨率的情况下，适当抬高基准面以保证航向和旁向重叠度。设计完后，应计算摄区最高处重叠度。具体公式如下。

2.3.3影像下载与质量检查

航摄完成后现场下载影像数据、并按照飞行时记录的曝光点坐标将其重命名，分航线进行存储，使影像名与曝光点坐标名一一对应，以便于后期转展曝光点，进行航摄质量检查。针对县城区域影像获取及制作项目，利用航摄质量检查软件，检查航向与旁向重叠度、旋偏角，并通过目视判别影像的色彩。主要功能包括：

选择航线文件夹

通过左右像片的同名点实时显示航向重叠（相邻航带上下显示旁向重叠）

通过同名点的位置计算左右两张影像的航向重叠（相邻航带旁向重叠）

图9 质量检查

通过软件随时查看检查进展和不合格重叠位置，合格与不合格重叠度的像片之间以不同颜色的连接线显示。

2.3.4统计表格生成

通过Excel表格的排序功能，记录每条航线相邻像片间的重叠，和上下相邻两条航线的旁向重叠，并显示像片号，便于迅速查找重叠不合格的影像。

2.3.5影像畸变差改正

主要是根据数码相机的内方位元素和畸变差模型系数精确变换原始影像，输出无畸变差的数码影像。由于数字相机光学镜头加工和装配误差的存在,使得相机图像平面上所成的像存在不同程度的非线性光学畸变,这样势必会影响图像检测、拼接和定量分析等的准确性。因此在进行精确检测、定量分析之前,需要对这类图像进行畸变改正。依据投影几何中空间直线经中心投影变换后仍是直线的原理,对数字相机的径向畸变进行检测,利用检测结果对畸变图像进行逐点改正,最后使用平滑模板来消去改正过程中产生的噪声点。实验表明,采用直线约束方法求解畸变系数是可行的,利用直接改正方法可以使畸变图像得到较好的改正。

3. 空三加密

采用国外的加密软件，此软件做大比例尺地形图空三加密有较大优势，精度高、速度快。 从建立测区开始---引入影像文件（适当进行处理）---打开影像列表开始进行首影片和航带参数的设置--- 内定向---设置航带间偏移量---连接点布局----连接点提取，完成自动转点之后，开始进入空三加密作业，及编辑连接点并进行平差（量测控制点--在标准点位增加像点--调用平差程序进行平差计算--删除或编辑粗差像点--重复进行前两步直至满足加密要求--输出成果）。空三加密是航测内业最为重要的一步，这一步做不好，后面的工作都将不能进行！！！

DPGrid软件可利用相机检校参数对无人机航片进行主点及畸变差改正。空三模块为全自动空三软件。首先，系统根据建立好的航线列表进行全测区自动匹配，再通过自动挑点程序将多余的粗差大的像点剔除，然后进行连接点的交互编辑，并加刺控制点，进行光束法平差解算，直至加密完成，输出空三成果。DPGrid空三加密完成后，即可自动生成DEM，但由于现实地物的复杂性，例如阴影、水体、树木以及人工地物的影响，在实际生产中DPGrid虽然能实现自动匹配，但为了提高数字高程模型的精度，必不可少的要对DEM进行人工编辑。DPGrid软件的正射影像生成主要涉及5个环节，分别是:影像匀光匀色处理、正射影像纠正处理、色调均衡处理、正射影像镶嵌处理、正射影像人工编辑。DPGrid软件的OrthoEdit模块可直接对DPGrid系统的正射影像文件进行显示、编辑、导人导出等功能，且编辑影像之后可以实时更新，显示编辑后的影像。

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参考文献：

[1] 冯文灏. 工业测量. 武汉: 武汉大学出版社， 2004.

[2] 冯文灏. 近景摄影测量——物体外形与运动状态的摄影法测定. 武汉: 武汉大学出版社， 2002.

[3] 冈萨雷斯. 数字图像处理(第二版)， 电子工业出版社， 2003.

[4] 武汉测绘科技大学测量平差教研室. 测量平差基础(第三版).北京: 测绘出版社， 2001.

[5] 张祖勋， 张剑清. 数字摄影测量学. 武汉: 武汉大学出版社， 2002.