外業(yè)航飛
01
現(xiàn)場勘查
作業(yè)員需要對測區(qū)周圍進(jìn)行踏勘，收集地形地貌信息，以及周邊的重要設(shè)備和交通信息，為無人機(jī)的起飛、降落、航線規(guī)劃提供資料。對于大城市、機(jī)場或高海拔地區(qū)，航測之前首先應(yīng)申請空域。
02
飛行環(huán)境
在進(jìn)行外業(yè)航飛之前，應(yīng)該根據(jù)已知的測區(qū)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)對無人機(jī)系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估，判斷飛行環(huán)境是否滿足飛機(jī)的飛行要求，影響無人機(jī)飛行的因素主要包括以下四方面。
(1)海按。測區(qū)的海拔應(yīng)該滿足無人機(jī)的作業(yè)要求，無人機(jī)飛行的高度應(yīng)該大于當(dāng)?shù)氐暮０魏秃礁摺?br />
(2)地形、地貌條件。地形和地貌主要影響無人機(jī)成圖的質(zhì)量，對于地面反光強(qiáng)烈的地區(qū)，如沙漠、大面積的鹽灘、鹽堿地等，在正午前后不宜攝影。對于陡蛸的山區(qū)和高密集度的城市地區(qū)，為了避免陰影，應(yīng)在當(dāng)?shù)卣缜昂筮M(jìn)行攝影。
(3)風(fēng)氣和風(fēng)向。地面的風(fēng)向決定無人機(jī)起飛和降落的方向，空中的風(fēng)向?qū)︼w行平臺(tái)的穩(wěn)定性影響很大，盡量在風(fēng)力較小時(shí)進(jìn)行攝影航測。
(4)電磁和雷電。無人機(jī)空中飛行平臺(tái)和地面站之間通過電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，要保證導(dǎo)航系統(tǒng)及數(shù)據(jù)鏈的正常工作不受干擾。
在實(shí)際到達(dá)現(xiàn)場時(shí)，應(yīng)記錄現(xiàn)場的風(fēng)速、天氣、起降坐標(biāo)等信息，留備后期的參考和總結(jié)。
03
設(shè)備檢查
在進(jìn)行航飛前，應(yīng)對所有的設(shè)備、裝置進(jìn)行檢查，主要包括航測相機(jī)的檢校，飛機(jī)性能的檢測，電池的電量，飛機(jī)內(nèi)部各部件之間的緊密、電臺(tái)、GPS等。在環(huán)境復(fù)雜的山區(qū)航飛時(shí)，為了防止飛機(jī)丟失，可以在飛機(jī)上配置移動(dòng)定位設(shè)備。對于彈射起步的無人機(jī)，還應(yīng)檢查彈射架的狀況。
04
航高的確定
像片比例尺定義為像片上的線段與地面上相應(yīng)水平線段之比：
1/m = f/H (1)
公式(1)中，H為相對測區(qū)平均水平面的高度，f為相機(jī)中心到像平面的距離垂距即焦距。
航測比例尺的選定取決于測圖比例尺，大體與測圖比例尺相當(dāng)。選定了相機(jī)和比例尺以后，可根據(jù)公式(1)計(jì)算航高。在飛行時(shí)，飛機(jī)應(yīng)按照預(yù)定的航高飛行，同一航線內(nèi)各攝站的航高差不得大于40m。
05
照片重疊度
在傳統(tǒng)攝影測量學(xué)中，航向重疊度一般規(guī)定為60%，最小不得小于43%，最大不大于74%；旁向重疊度一般規(guī)定為30%，最小不得小于14%，最大不大于40%。無人機(jī)進(jìn)行航測時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目需求不同，可分為以下三種。
(1)航測生產(chǎn)地形圖：航向重疊度一般設(shè)置為80%；旁向重疊度一般設(shè)置為60%，記為（80x60）。
(2)項(xiàng)目要求只需要生產(chǎn)正射影像(DOM)，航向重疊度一般設(shè)置為70%，旁向重疊度一般設(shè)置為60%，記為（70x60）。
(3)無人機(jī)傾斜三維建模要求航向重疊度和旁向重疊度至少均為70%，記為(70×70)。
航線規(guī)劃與像控點(diǎn)布設(shè)
01
航線規(guī)劃
無人機(jī)航跡規(guī)劃是任務(wù)規(guī)劃的核心內(nèi)容，需要綜合應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)、地圖信息技術(shù)以及遠(yuǎn)程感知技術(shù)，以獲得全面詳細(xì)的無人機(jī)飛行現(xiàn)狀以及環(huán)境信息，結(jié)合無人機(jī)自身技術(shù)指標(biāo)特點(diǎn)，按照一定的航跡規(guī)劃方法，制定最優(yōu)或次優(yōu)路徑。因此，航跡規(guī)劃需要充分考速電子地圖的選取、標(biāo)會(huì)、航線預(yù)定規(guī)劃以及在線調(diào)整時(shí)機(jī)。
航線規(guī)劃一般分為兩步：首先是飛行前預(yù)規(guī)劃，即根據(jù)既定任務(wù)，結(jié)合環(huán)境限制與飛行約束條件，從整體上制定最優(yōu)參考路徑；其次是飛行過程中的重規(guī)劃，即根據(jù)飛行過程中遇到的突發(fā)情況，如地形、氣象變化、未知限飛禁飛因素等，局部動(dòng)態(tài)地調(diào)整飛行路徑或改變動(dòng)作任務(wù)。
常用的航線規(guī)劃方案有兩種，一種是“S”形航線，另一種是構(gòu)架線。
02
攝影測量外業(yè)控制測量
攝影測量外業(yè)控制測量是在測區(qū)內(nèi)測定用于內(nèi)業(yè)幾何定位的影像控制點(diǎn)的平面位置和高程值，是內(nèi)業(yè)影像解析和測圖的基礎(chǔ)，主要目的為計(jì)算待求點(diǎn)的平面位置、高程和像片外方位元素，達(dá)到影像和實(shí)際地物的正射投影。
在數(shù)字?jǐn)z影測量發(fā)展階段，影像的獲取和解析全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，外業(yè)控制測量的重要性尤為顯著。影像所包含的空間信息是以灰度值矩陣來表示的，為了達(dá)到影像的正確匹配和無差異重疊，需要對影像進(jìn)行高精度的正射投影校正和影像灰度閾值分析，以便將灰度矩陣進(jìn)行最小誤差匹配和數(shù)字型數(shù)據(jù)顯示。為了獲取相同基準(zhǔn)的影像數(shù)據(jù)，必須通過控制測量方法建立基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，而控制點(diǎn)的布設(shè)位置、布設(shè)精度和布設(shè)密度都會(huì)影響基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換精度。
03
外業(yè)控制點(diǎn)的布設(shè)
根據(jù)測區(qū)地形環(huán)境的不同，一般有兩種布設(shè)方案，分別是在航飛之前布設(shè)控制點(diǎn)和在航飛之后布設(shè)控制點(diǎn)。對于山區(qū)或者地面標(biāo)志物較少的地區(qū)，沒有明顯的特征點(diǎn)，所以需要在航飛之前布設(shè)像控點(diǎn)。對于建筑密集的城市，有明顯的特征點(diǎn)，則可以在飛行之后布設(shè)控制點(diǎn)。
外業(yè)控制點(diǎn)的選擇和布設(shè)直接關(guān)系到影像的最終影像匹配精度，所以遵從控制點(diǎn)的布設(shè)原則，保證控制點(diǎn)的布設(shè)密度，選擇合適的控制點(diǎn)位是外業(yè)控制點(diǎn)布設(shè)的幾個(gè)基本要求。
1）布設(shè)原則
控制點(diǎn)的選擇和布設(shè)不僅和布設(shè)方案有關(guān)，還要考慮影像成圖、誤差改正等對控制點(diǎn)的具體點(diǎn)位要求，所以應(yīng)遵循以下原則：
①控制點(diǎn)的目標(biāo)影像應(yīng)清晰易判讀。
②為了減弱和消除投影差對影像匹配結(jié)果的影響，控制點(diǎn)的位置距離影像邊應(yīng)≥1~1.4cm。
③控制點(diǎn)的實(shí)地選擇應(yīng)避免受到陰影、相似地物的影響。
④控制點(diǎn)要與周邊地物形成一定的灰度反差，易于進(jìn)行影像判讀和識(shí)別控制點(diǎn)。⑤控制點(diǎn)的位置要便于測量，若選用GPS進(jìn)行點(diǎn)位測量，需要遠(yuǎn)離大片水域、電視塔、通信線路等，以免發(fā)生電磁干擾。
2）像控點(diǎn)的布點(diǎn)方式
布設(shè)的控制點(diǎn)盡量在測區(qū)保持分布均勻，一般采用九宮格布點(diǎn)法，航線兩端及中間均隔一或兩條航線布設(shè)平高點(diǎn)，既能保證成圖精度，又能減少外業(yè)工作量。
3）像控點(diǎn)的選點(diǎn)
像控點(diǎn)應(yīng)該選擇在航攝像片上影像清晰、目標(biāo)明顯的像點(diǎn)，實(shí)地選點(diǎn)時(shí)，也應(yīng)考慮側(cè)視相機(jī)是否會(huì)被遮擋。對于弧形地物、陰影、狹窄溝頭、水系、高程急劇變化的斜坡、圓山頂、跟地面有明顯高差的房角、圍墻角以及航攝后有可能變遷的地方，均不應(yīng)當(dāng)作選擇目標(biāo)。
4）目標(biāo)成像不清晰，與周圍環(huán)境色差小、與地面有明顯高差的目標(biāo)，會(huì)影響空三內(nèi)業(yè)的刺點(diǎn)誤差，因此均不能用作像控點(diǎn)，如下面幾個(gè)例證所示：
①與水面有高差，不能作為像控點(diǎn)。
②顏色相近，航片上不易辨認(rèn)，不能作為像控點(diǎn)。
③與地面有高差，不能作為像控點(diǎn)。
因?qū)嶋H情況中航攝區(qū)域未必都有合適的像控點(diǎn)，為提高刺點(diǎn)精度，保證成圖精度，應(yīng)在航攝前采用刷油漆的方式提前布置像控點(diǎn)標(biāo)志。標(biāo)志可刷成“L”形或“十”形。布置成“十”形時(shí)，應(yīng)在十字中心加噴直徑為4cm的圓點(diǎn)，以提高刺點(diǎn)精度，如下圖所示：
04
像控點(diǎn)的量測
像控點(diǎn)的測量一般采用“GPS RTK”的方法，因?yàn)镚PS測量結(jié)果使用的是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，若項(xiàng)目要求測量成果使用其他坐標(biāo)系統(tǒng)，則需要在觀測之前進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，求出WGS-84坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
1）坐標(biāo)系校正方法
①首先要有至少3個(gè)目標(biāo)坐標(biāo)系的基礎(chǔ)控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其中的1個(gè)用作校正。注意已知點(diǎn)最好要分布在整個(gè)作業(yè)區(qū)域的邊緣，能控制整個(gè)區(qū)域，一定要避免已知點(diǎn)的線形分布。
②在電子手簿上輸入已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)，并把GPS流動(dòng)站接收機(jī)架在已知點(diǎn)上，測得WGS-84的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
③根據(jù)已知點(diǎn)的已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)和WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算四參數(shù)或者七參數(shù)，求得兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
④檢查一下水平殘差和垂直殘差的數(shù)值，看其是否滿足項(xiàng)目的測量精度要求，參差應(yīng)不超過2cm，檢校無誤后才可以進(jìn)行下一步作業(yè)。
2）野外觀測要求
①兩次觀測，每次采集30個(gè)歷元，采樣間隔1s。
②接收機(jī)在觀測過程中不應(yīng)在接收機(jī)近旁使用對講機(jī)或手機(jī)；雷雨過境時(shí)應(yīng)關(guān)機(jī)停測，并取下天線，以防雷電。
③兩次觀測成果需野外比對結(jié)果，比對值為兩次初始化采集的最后一個(gè)歷元的空間坐標(biāo)，較差依照平面較差不超過4cm，大地高較差不超過4cm的精度標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；不符合要求時(shí)，加測一次；如果三次各不相同，則在其他時(shí)間段重新觀測。
④每日觀測結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)從GPS接收機(jī)轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)上，確保觀測數(shù)據(jù)不丟失，并拷貝備份由專人保管。
