高福山，胡吉伦，王 黎

(中南电力设计，湖北 武汉 430071)

无人机低空摄影测量在电力工程中的应用

高福山，胡吉伦，王 黎

(中南电力设计，湖北 武汉 430071)

本文介绍了低空摄影测量在火电厂地形测量的应用尝试及数据处理方法。结合现代航空摄影测量技术的发展,分析了低空摄影测量的特点；结合火电厂地形图测量的实际情况,分析了低空摄影测量的作业流程,对通过低空摄影测量获得的高程数据进行了精度评定,提供了利用外业实测高程数据对低空摄影测量高程数据进行拟合从而提高高程数据精度的处理方法。

低空摄影测量；影像数据；区域线性拟合。

1 概述

无人机低空摄影测量作为摄影测量一种特殊形式，可以在云下低空获取高清晰度的数码影像，采用数字摄影测量网格(Digital Photogrammetry Grid-DPGrid)进行影像处理，在JX4及VirtouZo测图系统下生成数字地形图。结合野外调绘及检测数据，生成1∶1000－1∶2000地形图。不仅解决了传统工程测量周期长、数字地图不直观的不足，还大大减轻了野外技术人员劳动强度，提高测绘工作效率。在小区域小范围内应用无人机航空遥感是解决工程用图的有效手段和便捷途径。

我院承接的华能正宁电厂一期(2×1000MW)项目，可研阶段有三个厂址方案比选，而且都集中在一个约30km2的范围内，测图比例尺1∶1000，我们采用无人机低空飞行摄影测量技术，实施了该工程的测量任务。经过外野巡视测量及检查点的检测精度统计，成图精度满足规程规范的要求。本次工程在摄影数据处理方面得到了武汉大学遥感信息工程学院曹辉、王茜等老师的大力支持和帮助。下面介绍本次无人机低空摄影测量在正宁电厂一期工程中的应用情况。

2 无人机遥感摄影测量系统的组成

2.1 无人机性能

无人机工作参数：巡航空速：97km/h；最大飞行高度：海拔3500m；最大荷载：3.5G；航时：100min；标准作业航程：110km；巡航抗风能力：13m/s；起飞滑跑距离：60m；降落滑跑距离：150m；通讯距离：15km(无遮挡) 。

正宁电厂一期工程我院委托国遥万维公司进行了无人机航摄工作。

2.2 数码摄影相机

图1 无人机低空摄影测量系统

3 测区摄影计划和航带规划设计

3.1 测区范围

3.2 航带设计

如图2所示，1号点，无人机地面起降位置，按两个架次飞行，预设16条航带，一架次完成10条航带飞行摄影后，返回地面补充燃料，进行第二次飞行完成6条航带，完成全部测区所用时间1.5h，取得了测区30km2的影像数据。

图2 航带设计及飞行计划

3.3 摄影质量

摄影时当地天气晴朗，地面风速1-2级，拍摄时正値中午，沟壑底部的阴影影响较小，拍摄的数码影像清晰，拍摄技术参数：

分辨率：0.2m 航高：500m

物理幅宽为：1123.2×748.8打印出的相片大小为：198×132cm

整个测区拍摄像幅500余幅，航向重叠满足60%，旁向重叠达到30%的要求。

4 测区控制网的建立 外控及调绘

4.1 测区控制网的建立

在测区布设首级平面控制E级GPS点33个。平面控制系统采用1954年北京坐标系，108度中央子午线，高程控制系统采用1956年黄海高程系。

4.2 外控点布置及现场调绘

在电力工程项目中第一次应用无人机航摄技术，为保证测量精度和成图的可靠性，采用全野外布置像控点方式，点位选在影像清晰，易于判刺和立体量测处，旁向上尽量利用共用点，尽量考虑像控点的均匀性。

重点调绘隐蔽性地物，利用动态GPS测量其具体位置，调查窑洞状况等。

5 无人机低空摄影测量数据处理工作流程

5.1 影像数据处理流程

图3 影像数据处理流程

利用武汉大学遥感院研制开发的新一代航空航天数字摄影测量处理平台：数字摄影测量网格(Digital Photogrammetry Grid-DPGrid)进行本次的内业加密。

该系统的结构：由高性能集群计算机系统与磁盘阵列组成硬件平台，以最新影像匹配理论与实践为基础的全自动数据处理系统。这一部分的主要功能包括：数据预处理、影像匹配、自动空三、数字地面模型以及正射影像的生成等。

5.2 相机畸变差改正、系统误差改正

空间物体表面某点的三维几何位置与其在图形中对应点之间的相互关系，是由相机的成像几何模型决定，理想的成像模型是线性的，但是由于光学镜头的结构与理想的针孔模型存在着差异，使得图像产生非线性畸变。镜头畸变成像会对计算机视觉领域中的视觉测量与三维带来极大影响。小像幅数码相机普遍存在较大的光学畸变差。如果不进行畸变差改正，后续全自动相对定向及全自动模型连接的成功率会大大降低，从而使生产效率大幅下降。

较大的光学畸变差，会导致整个像点网强度变低甚至自由网构建失败，必定影响光束发平差的收敛速度及成功率。因此必须进行畸变差改正。

未经处理的影像数据有摄影机的系统误差(主点偏移)，底片变形，航摄飞机的系统误差，大气折光误差，地球曲率等系统误差等，测图系统中的定位精度与空三精度相差较大。经过系统误差改正以后，平面精度及高程精度都有较大提高，因此测绘更大比例尺地形图才成为可能。

图4 改正后相机参数

5.3 外业控制点文件与影像引入

程序引入外业像片控制点及原始影像，并对原始影像的畸变和主点进行改正、影像的旋转(按飞行和航线重叠方向)等。

5.4 交互编辑

首先在当前测区的四角人工量测4个外业控制点，再调用空三计算，点击预测控制点计算，则可显示全测区的控制点，点击预测控制点精确对准当前点，程序可自动匹配其余影像上的当前点。

6 空三解算

以投影中心点、像点和相应地面点三点共线条件所建立的单张像片为计算单元，借助像片之间的同名点和野外控制点，联合进行整个区域的光束平差解算，并对统计结果进行评估，如果存在较大残差点，进行交互式编辑，在连接点充足的情况下删掉残差较大的像点。提高区域网平差精度。

空三解算完成后，检查加密精度，输出空三成果。

图5 测区部分正射影像

7 数字化测图

在JX4上完成测区线画图测量，在野外对线画图进行巡视检查，电力线、管线等补测，地物、地形检测。测区地物平面检测统计精度为：±0.5m ，高程检测统计精度为： ±0.4m。

国标GB/T 15967-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》中规定平面位置中误差：平地、丘陵地：不应大于测图比例尺的0.6mm，即对于1:1000比例尺地形图不应大于0.6m，高程中误差：1∶1000地形图平地±0.2m(±0.4m)，丘陵地±0.5m，由于测区部分为平地，部分为沟堑丘陵地，对于平地部分还不能满足规范要求。

为了提高测区高程精度，我们在《大比例尺地形图测图软件》中，读入JX4测量线画图，以野外补测、检测高程为依据，对航测内业高程点进行区域线性拟合，使测区高程误差逐渐趋于最小。

我们对改正后的地形点进行实地再次检测，其高程差值均小于0.2m，统计计算高程误差为：±0.16m。完全满足规范要求。

8 几点体会

通过这次实践，我们体会如下：

⑴ 无人机航空遥感系统具有全天候、全天时、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，满足电力工程地形图测量的需要。如：工程前期地形图的测绘，工程扩建补充地形图，线路终勘改线局部偏离航片的补充飞行等。

⑵ 低空摄影测量，通过空三加密处理后，测绘出的线画图，在结合外业检测、补测数据的综合处理下，其地形图的精度满足航测规范要求，可以在实际工程中应用。

⑶ 基于摄影测量新理论，多目视觉，多基线立体的思想，可以改善“匹配”可靠性。在实际应用中，采取高重叠度飞行摄影(航向80%，旁向60%)，增加交会角，增加多余观测，减少外业控制点，提高高程精度。

[1]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社，1997.

[2]姜大志，郁倩，等.计算机视觉成像的非线性畸变研究与综述[J].计算机工程，2001，27(12).

Application of Low-altitude UAV Photogrammetry in Power Engineering

GAO Fu-Shan, HU Ji-Lun, WANG Li
(Central Southern Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

This paper introduces the application of topographic survey and data processing methods by Low-altitude UAV photogrammetry at thermal power plant.Compare with modern aerial photographic measurement technology,the paper analyzed the characteristics of low-altitude aero-photogrammetry and low-altitude photogrammetric work fl ow combined with measurement of power plant topographic map .By assessing the precision of the low-altitude photogrammetric elevation data, provide the data processing method of improving the precision by fi led elevation data and regional linear fi t method .

low-altitude photogrammetry; image data; regional linear fi tting.

P2

B

1671-9913(2010)02-0019-04

2010-02-02

高福山(1962-)，男，陕西子长县人，高级工程师。