Journal of Geodesy and Geoinformation Science

構(gòu)建與學(xué)術(shù)的橋梁 拉近與權(quán)威的距離

無人機(jī)航拍測繪具有精度高、作業(yè)效率高、數(shù)據(jù)分析能力強(qiáng)的特點(diǎn)，很大程度上解決了人工測繪的痛點(diǎn)。因此，無人機(jī)在測繪工程中的應(yīng)用越來越廣泛。那么，先掌握無人機(jī)航拍注意要點(diǎn)，才能充分發(fā)揮無人機(jī)優(yōu)勢(shì)，減輕測繪負(fù)擔(dān)。

一、航拍總技術(shù)流程

二、航拍測繪各步驟說明

測繪無人機(jī)小組航拍小組配備2-3人即可，航拍任務(wù)結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢查，檢查合格后即可帶回進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。

1.飛行準(zhǔn)備

飛行前的準(zhǔn)備內(nèi)容包括：選擇航拍測繪設(shè)備、航線規(guī)劃涉及、飛行方案涉及（確定航高及飛行速度、重疊度）

2.保持每天的工作日志

記錄當(dāng)天風(fēng)速、天氣、起降坐標(biāo)等信息，并保存數(shù)據(jù)供日后參考和分析。

3.建立無線電臺(tái)和地面站

無線電鏈路用于地面站和無人機(jī)之間的通信。目前，大多數(shù)測繪無人機(jī)使用無線電鏈路在無人機(jī)與地面站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.飛行執(zhí)行

根據(jù)制定的分區(qū)航攝計(jì)劃，尋找合適的起飛點(diǎn)，對(duì)每塊區(qū)域進(jìn)行拍攝采集照片。在設(shè)備檢查完畢，并確認(rèn)起飛區(qū)域安全后，將無人機(jī)解鎖起飛。起飛時(shí)飛手通過遙控器實(shí)時(shí)控制飛機(jī)，地面站飛控人員通過飛機(jī)傳輸回來的參數(shù)觀察飛機(jī)狀態(tài)。飛機(jī)到達(dá)安全高度后由飛手通過遙控器收起起落架，將飛行模式切換為自動(dòng)任務(wù)飛行模式。同時(shí)，飛手需通過目視無人機(jī)時(shí)刻關(guān)注飛機(jī)的動(dòng)態(tài)，地面站飛控人員留意飛控軟件中電池狀況、飛行速度、飛行高度、飛行姿態(tài)、航線完成情況等，以此保證飛行安全。

5.飛行結(jié)束

無人機(jī)完成飛行任務(wù)后，降落時(shí)應(yīng)確保降落地點(diǎn)安全，避免路人靠近。完成降落后檢查相機(jī)中的影像數(shù)據(jù)、飛控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是否完整。數(shù)據(jù)獲取完成后，需對(duì)獲取的影像進(jìn)行質(zhì)量檢查，對(duì)不合格的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)飛，直到獲取的影像質(zhì)量滿足要求。

三、無人機(jī)航拍影像質(zhì)量檢查方法

1 避免無人機(jī)航拍影像曝光

影像的曝光過度或不足、影像的重影、散焦與噪點(diǎn)，將嚴(yán)重影響三維建模的質(zhì)量。為了避免這類曝光問題、在外出航拍時(shí)盡量提前看天氣預(yù)報(bào)，在多云的天氣拍攝比大晴天更好，如果必須在晴天拍，最好選擇中午左右使陰影區(qū)域最小化。

2 無人機(jī)航拍快門選擇

拍攝前調(diào)試使用最合適的快門、光圈、ISO值。參數(shù)相同點(diǎn)：都可以調(diào)節(jié)曝光的明暗度，光圈大、ISO高、快門速度慢都會(huì)曝光過亮；不同點(diǎn)：光圈可調(diào)節(jié)景深，小光圈景深大，大光圈景深小；景深無法通過ISO快門來控制，這就是光圈和ISO快門的區(qū)別。ISO除了明暗調(diào)節(jié)還有一個(gè)特點(diǎn)是降低畫質(zhì)，ISO高了畫質(zhì)就會(huì)降低，所以升高ISO在三要素里是最后考慮的，實(shí)在不行才提高ISO。

3 其它技術(shù)總結(jié)

（1）相機(jī)感光體CCD的尺寸、焦距以及像素的大小直接影響影像的精度從而影響模型的精度。

（2）在相機(jī)參數(shù)不變的情況下，無人機(jī)飛行高度（曝光點(diǎn)到地物的高度）是決定模型精度高低的關(guān)鍵因素。

（3）在建模的過程中，需要知道相機(jī)感光體CCD的尺寸說到傳感器的尺寸，其實(shí)是說感光器件的面積大小，這里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面積越大，CCD/CMOS面積越大，捕捉的光子越多，感光性能越好，信噪比越高。

（4）傳感器尺寸越大，感光面積越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300萬像素相機(jī)效果通常好于1/2.7英寸的400萬像素相機(jī)(后者的感光面積只有前者的55%)。

（5）而相同尺寸的傳感器像素增加固然是件好事，但這也會(huì)導(dǎo)致單個(gè)像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。

（6）拍攝好的影像，不要進(jìn)行任何的編輯，包括改變尺寸、裁剪、旋轉(zhuǎn)、降低噪點(diǎn)、銳化或調(diào)整亮度、對(duì)比度、飽和度或色調(diào)。

（7）CC建模軟件不支持拼接的全景圖作為原始數(shù)據(jù)。

（8）飛行過程中的數(shù)據(jù)會(huì)有一定的圖像模糊，尤其是旋翼傾斜上使用的普通相機(jī)，對(duì)于微單相機(jī)來說，運(yùn)動(dòng)模糊是不可避免的。運(yùn)動(dòng)模糊會(huì)導(dǎo)致特征點(diǎn)提取不準(zhǔn)，從而：空三處理中的連接匹配帶來很大的影響；三維重建中的粗匹配產(chǎn)生較大的影響。

（9）模型重建要求連續(xù)影像之間的重疊部分應(yīng)該超過60%，物體的同一部分的不同拍攝點(diǎn)間的分隔應(yīng)該小于15度。

（10）規(guī)劃航線拍攝時(shí)，建議采集航向重疊度75%以上，旁向重疊度不小于70%的影像。為實(shí)現(xiàn)更好的效果，更好的還原建筑，建議同時(shí)采集垂直和傾斜影像。并同時(shí)用小無人機(jī)低空采集高空相機(jī)拍不到的死角。

（11）盡量選擇高分辨率的單反相機(jī)，建議2000萬像素以上。避免使用廣角魚眼鏡頭。最好是選擇定焦鏡頭，如果使用變焦鏡頭，請(qǐng)將該鏡頭焦距設(shè)置成最大或最小值。

（12）將相機(jī)調(diào)整為最大分辨率模式；ISO值盡量低，否則高ISO會(huì)產(chǎn)生噪點(diǎn)；光圈值足夠高（光圈越小越好），以產(chǎn)生足夠的景深，背景不要太模糊；快門速度不應(yīng)該過慢，否則輕微的動(dòng)作會(huì)造成圖像模糊。

（13）避免選擇高反光、透明的物體，例如玻璃瓶，鏡面等。如果容易反光的物體，最好使用柔光燈或在陰天下拍攝，盡可能沒有亮點(diǎn)。

（14）避免選擇有兩面絕對(duì)對(duì)稱的物體（形狀和紋理都對(duì)稱），例如單色立方體或有對(duì)應(yīng)面一樣紋理的立方體。

（15）避免有移動(dòng)的物體在場景中，要保證被拍攝的背景環(huán)境是不變的。

（16）避免絕對(duì)平坦的物體，例如平口盤子等。避免絕對(duì)平坦的背景，有層次感會(huì)更好，背景顏色也不要選擇單色的背景，最好是雜亂無章的圖案。除了被合成的物體外，畫面前景中不要有沒用的物體。

四、無人機(jī)航拍如何提高影像精度

列舉了一些影響成圖因素。如果你的成圖質(zhì)量較差，你可以通過作業(yè)參數(shù)的調(diào)整來改善它。

(1)飛得更高

在滿足精度的要求下，選擇更高的高度進(jìn)行飛行。更高的飛行高度可以讓單個(gè)圖像中覆蓋更多的區(qū)域，可以提高無人機(jī)采集的效率。

(2)拍攝時(shí)間選擇

在飛行之前檢查天氣很重要，選擇光線充足的天氣進(jìn)行拍攝。在陰天飛行時(shí)，光照柔和均勻，比較有利于拍攝。當(dāng)然我們可以通過安裝濾鏡模仿這種效果，減少由于地面反光、眩光造成的合成效果差。在光線不充足的情況下，可手動(dòng)進(jìn)行設(shè)置相機(jī)參數(shù)，增加光圈數(shù)值或提高iso，也可降低快門速度。任務(wù)過程中要適時(shí)調(diào)整相機(jī)參數(shù)，以適應(yīng)較長的時(shí)間跨度

我們還建議嘗試在上午10點(diǎn)到下午2點(diǎn)之間飛行。這樣照片中的陰影更少，對(duì)后期的處理會(huì)有所幫助。還要避免在光照條件不佳的時(shí)刻進(jìn)行建圖作業(yè)，如日落黃昏時(shí)刻。

(3)在航線規(guī)劃期間增加旁向重疊

增加旁向重疊率是讓圖像獲得更好匹配的最簡單方法，但是它會(huì)降低無人機(jī)的飛行效率。

(4)在航線規(guī)劃期間增加航向重疊

這樣可以讓相機(jī)更快地拍照，從而提高航線上拍照的數(shù)量，但是受快門、RTK、存儲(chǔ)的影響，會(huì)限制最大的飛行速度。

(5)坐標(biāo)糾正

在中國大陸地區(qū)使用，請(qǐng)打開坐標(biāo)糾正。若關(guān)閉，平面坐標(biāo)會(huì)偏移幾百米。國外用戶，坐標(biāo)糾偏默認(rèn)關(guān)閉；若打開，平面坐標(biāo)會(huì)偏移幾百米

(6)最大的飛行速度

可以設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)的最大的飛行速度。最大飛行速度為當(dāng)前參數(shù)下可以設(shè)置的最快任務(wù)飛行速度，該速度受任務(wù)飛行高度和航向重疊率影響。

(7)關(guān)閉畸變修正

若使用大疆智圖進(jìn)行建圖，可將原片直接導(dǎo)入大疆智圖中，大疆智圖會(huì)自動(dòng)識(shí)別照片類型并對(duì)其進(jìn)行去畸變處理；針對(duì)未去過畸變的圖片，大疆智圖會(huì)以寫進(jìn)照片里的相機(jī)畸變系數(shù)作為初值，在空三做完之后擬合一個(gè)更加準(zhǔn)確地畸變系數(shù)，然后對(duì)照片進(jìn)行去畸變，恢復(fù)為無畸變的照片參與后續(xù)的建圖作業(yè)

(8)檢查相機(jī)設(shè)置和單張相片質(zhì)量

1)航測任務(wù)開始前需先對(duì)測區(qū)地面進(jìn)行測光，避免因相機(jī)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致影像模糊欠曝、過曝等情況發(fā)生

2)任務(wù)結(jié)束后、內(nèi)業(yè)前需及時(shí)檢查任務(wù)影像，避免出現(xiàn)漏拍、錯(cuò)拍及由相機(jī)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤引發(fā)的照片質(zhì)量不佳，發(fā)現(xiàn)后請(qǐng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拍。

五、無人機(jī)航拍測繪質(zhì)量如何控制

無人機(jī)航拍測繪質(zhì)量主要是對(duì)飛行前、中、后，每一個(gè)環(huán)節(jié)都務(wù)必嚴(yán)格把控。是對(duì)飛行實(shí)施過程中的特殊情況進(jìn)行把控。

飛行特殊情況四大處理原則

1. 穿越航線

原則上各相鄰的平行航線需要有一到兩條穿越航線進(jìn)行垂直穿越，以用來后期數(shù)據(jù)處理中保證個(gè)條航線的連接精確。

2. 小十字飛行過程中的每個(gè)架次，為了對(duì)本架次數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的校正即在每個(gè)架次的正式航線數(shù)據(jù)采集前或數(shù)據(jù)采集后都要進(jìn)行檢校場飛行，即小十字飛行。

3. 補(bǔ)飛數(shù)據(jù)獲取過程中可能會(huì)存在極少量的某些異常情況，造成某一區(qū)域的數(shù)據(jù)獲取缺失等現(xiàn)象，對(duì)于產(chǎn)生數(shù)據(jù)漏洞的航線要進(jìn)行補(bǔ)飛，補(bǔ)飛航線兩端均要相應(yīng)延長一部分，從而使得兩次獲得的數(shù)據(jù)能夠很好的接邊。

4. 數(shù)據(jù)異常

在飛行過程中可能會(huì)遇到極少的衛(wèi)星信號(hào)瞬間失鎖現(xiàn)象，或由于較惡劣的飛行條件，如較大的風(fēng)或上升氣流等造成飛機(jī)姿態(tài)變化較快時(shí)衛(wèi)星信號(hào)不好，對(duì)于這種情況造成的POS數(shù)據(jù)有某些異常，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)異常時(shí)間段是否在正式航線上和整個(gè)架次的POS數(shù)據(jù)精度來決定航線數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)于無效數(shù)據(jù)的航線或架次將進(jìn)行補(bǔ)飛。

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