时间：2023-03-06 16:01:36
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关键词:无人机系统；快速测绘；分析
Abstract: Combined with the actual, this paper introduces the concept of the UAV system fast mapping, and analyzes the specific operating processes and advantages and disadvantages, for your reference.
Key words: UAV system; fast mapping; analysis
中图分类号:TP79文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
近年来,随着经济建设的快速发展,地表形态发生着剧烈变化,迫切需要实现地理空间数据的快速获取与实时更新。航空摄影是快速获取地理信息的重要技术手段,是测制和更新国家地形图以及地理信息数据库的重要资料源,在空间信息的获取与更新中起着不可替代的作用。应实时化测绘的需求,无人机航摄近年来发展迅猛,随着无人机与数码相机技术的出现与发展,基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势,在应急数据获取与小区域低空测绘方面有着广阔的应用前景。无人飞行器与航空摄影测量相结合,成为航空对地观测的新遥感平台被引入测绘行业,加上数码相机的引入,就使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向。“无人机数字低空遥感”有低成本、快捷、灵活机动等显著特点,可成为卫星遥感和有人机遥感的有效补充手段。本文主要论述了无人机数字航摄系统的性能与特点以及利用其实施的低空摄影测量试验,通过试验论证了该系统的可行性与优势。
1、“无人机低空遥感”系统简介及发展状况
无人飞行器遥感技术有其他遥感技术不可替代的优点,可成为卫星遥感和有人机遥感的有效补充手段,该技术主要涉及飞机平台、测控及信息传输、传感器、遥感空基交互控制、地面实验/处理/加工、以及综合保障等相关技术领域。我国无人飞行器航空遥感技术的进步不仅表现在无人飞行器的研制,还表现在正好适用于航空遥感的飞行控制系统、遥感通讯系统的研制,更表现为轻小型化传感器及其数据处理系统相匹配的航空遥感系统集成,最终形成可执行航空遥感任务的业务系统。
目前,我国已有多家科研机构和公司研制出轻小型无人机遥感系统(固定翼无人机和无人直升机低空遥感系统)。目前比较适用的低空遥感无人机,一般任务载重10kg～20kg,安装1～4个面阵数码相机,适宜获取0.05m～0.50m分辨率的光学彩色影像。机上安装GPS和轻小型稳定平台,因此可以支持全自动空中三角测量,实现稀少地面控制点的高精度测量。
“无人机低空遥感”系统组成
本文论述的无人机数字航摄系统是自主产权的“华鹰”无人机数字航摄系统,该系统是是基于固定翼飞行平台的现代化城镇空间数据采集系统,系统见图1所示。该系统采用具备姿态、速度和高度精确控制与数据记录，以GPS导航为基础的自动驾驶仪，搭配千万像素级135型全画幅单反数码相机和姿态稳定云台，可快速获取1:2000大比例尺真彩色航空影像。
该系统的无人机重20kg,长2.1m,翼展2.6m,它采用一台空活塞发动机推进,巡航速度110km/h,升限达到海拔3500m,续航时间3小时。该系统采用了先进的GPS导航自主飞行,航线全自动规划,飞行航迹、高度和姿态高精度自动控制等一系列先进技术,具备了良好的飞行性能,只需要一条100m长的跑道,周围没有突出的障碍物,无人机就可以自主起降,如果采用遥控起降方式,则只需要二三十米长的跑道。起飞后,盘旋一圈,检验飞行状态,就可以按照预先设定的航线,自动飞往预定目标执行任务。它主要包括：
2.1空中部分:云台(含稳定平台)、数码相机、执行部分、自动控制设备、差分GPS、摄像机、通讯设备。
2.2地面部分:地面GPS、手控设备、编码器、计算机、通讯设备。
该系统通过无线链路方式连接连接地面与空中设备。
图1
“无人机低空遥感”系统控制指标
通过各项技术控制,该系统的航摄质量所达到的如下:
3.1 航向重叠度:55%～80%可调,最大可设置为80%,重叠度平均差:≤±4%
3.2 旁向重叠度:25%～50%可调,最大可设置为90%,重叠度平均差:≤±4%
3.3 横滚、俯仰角:≤1.5°;旋偏角:≤3°
3.4 航摄高度稳定能力:≤±5m;
3.5航线偏差:≤±3m;
3.6 1km航线弯曲度:≤0.5%
无人机航摄系统技术流程
数字航摄作业与传统胶片航摄相比,影像无需冲洗和扫描,作业步骤减少了许多,这样可以大大缩短测绘产品生产周期,采用本文论文的无人机数字航摄系统进行作业的具体数字航测作业流程见图2所示。
图2
4.1资料收集及技术设计
首先，应充分收集测区现有资料，主要包括：1:10000地形图、高等级控制点情况、测区地形、相对高度、植被分布、天气状况情况。
4.2 航线及测区划分
根据本测区地形及成图比例尺等因素情况确定本次飞行的航高，确保无人机在安全的高度上飞行。考虑成图精度等因素，如果测区的相对高差较大，还需根据海拔高度分片区进行。考虑地形分布情况，确定航摄时的具体飞行路线。
4.3外业航空摄影
掌握天气动态，选择最有利的外部条件，尽量减少外部覆盖物（积雪、植被）对摄影与测图的不良影响。航摄方向一般均为东西方向，可减弱日照方面的影响。选择航摄时间既要考虑充足的光照度，又要避免过大的阴影。
4.4像控布设及像控点联测
一般采用区域法布设像控点，布设方式成格网状，格网点附近即是像控点的采集区域。在测区及地形变换处应布设平高点。
4.5内业空三加密
无人机所获取的航片有“像幅小，影像畸变大，旋偏角和翻滚角大”等特点，内业计算量非常大。该系统采用的空三加密模块和平差模块可快速并行处理海量数据，能够快速高效地生成大量高精度、高强度的模型连接点，获得高精度的空三加密结果，满足成图要求。
4.6 立体测图
采用现代数字摄影测量软件可自动进行以下工作，如：内业立体判测、模型连接等工作。并具备自动、最优地切换立体模型，无需生成核线影像。极大地减轻了测绘人员工作劳动强度，非常适合无人机航摄成图。
另一方面，由于无人机有其独有的特点，如：像元分辨率低（只有DMC的一半左右），内业判读困难，因此，在实际生产作业中我们应该适当增加大人工干预的力度。尤其要注意对于难于判断其是的点状地物。如：电杆、水塔或烟囱等的判读。
4.7 外业补测及调绘
如果在航摄过程中存在植被遮盖及阴影无法进行立体测图则可采用常规测量方式进行外业调绘及补测。
（略）
关键词：无人机 相机控制系统 软件设计 硬件设计
中图分类号：TP1 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)004-103-02
1 引言
信息时代，信息是至关重要的资源，而信息的获取又是其中非常重要的一步，无人飞机摄影测量与遥感作为对地观测获取对地物信息的重要手段。无人机航空遥感是以无人机为搭载平台的航空遥感技术。它涉及到无人机技术和航空遥感技术两方面，是两种技术的有机结合。随着无人机和航空遥感技术的成熟，无人机已经逐渐应用在民用遥感领域。无人机航空遥感也正成为航空遥感的一个热点研究领域。
2 无人机相机控制系统设计方案
2.1系统设计概述
作为新一代数字航空遥感测绘摄像产品，要求具有较高的分辨率，镜头畸变小，较大的存储容量，较小的尺寸和较轻的重量。相机拍摄能实现依据GPS导航数据、时间信息实现手动或者自动拍摄，适合在无人机和有人机上安装操作。为遥感测绘行业提供平台支撑。
2.2系统构成
首先四个相机根据航拍要求选择合适的性能指标，初步定为1000万像素，远心镜头。按照一定的夹角安装在飞机稳定平台上面，工控机获取飞机的飞控信息(包括姿态和位置时间信息)或者通过自身的GPS获取位置和时间信息，根据航拍要求确定拍摄的位置或者时间点，实现手动或者自动拍摄。拍摄时候要求工控机发送同一时序的快门控制信号给4个相机，时序脉宽可以控制。相机拍摄后图片数据可以以raw或者压缩后的格式发送给工控机存储，存储照片文件要求记录拍摄时的GPS位置和时间信息。
3 硬件设计
3.1相机NiKon-D200
图像输出采用USB2.0最大速度，电源直流7.4V电池组，EH-6H电源适配器。相机通过USB口发送图像数据给工控机，工控机通过快门线控制相机同步动作。
3.2镜头
为相机配置的镜头是Nikon Nikkor 85mm f／1.8D AF
3.3控制和存储计算机
采用研华机箱ARK-5280规格为：
3.4 PCI快门控制卡
选择研华IO卡PCI-1761作为快门输出。当继电器开的时候，不进行拍照，继电器闭合拍照，闭合的时间长度改变快门脉宽。
快门线采用国产深圳市永诺摄影器材有限公司生产的JIANISI RS-N1型号兼容D200的快门线进行改造。
3.5 GPS模块
GPS模块型号为：ublox芯片，北京星网宇达科技发展中心设计的电路模块。该模块提供10m的定位精度，刷新频率4／s。
GPS信号和计算机连接关系，首先通过GPS模块上的座连接到航空连接器上，航空连接器固定在机箱上，然后再通过航空连接器连接到DB9的RS232座上。
3.6相机电源供应卡
电源供应关系，主要考虑GPS模块的+5V供电，另外考虑给外部相机供应+12V，取电方式都是从机箱主板上获取。如上图3。连接关系为上表。主板+5V接于GPS模块,+12V接于航空连接器供机箱外部照相机供电。航空连接器安装在机箱上面。
在实际的工控机改造中，要把相机电源，扩展的2个USB口，GPS模块合成在一个卡上，统一插在一个PCI槽上。固定输入输出。
3.7与无人机连接接口
与无人机接口包括2个RS422，一个异步RS422，一个同步RS422。异步RS422主要实现无人机测控数据的下传，同步RS422主要实现无人机拍摄快试图的上传。
3.8相机稳定平台
相机稳定平台主要用于四个相机与无人机或者有人机之间的安装对接，要求根据相机的几何结构和四个相机之间的拍摄角度进行设计，角度信息与航迹规划模块有关。
3.9操控平台
操控平台对于无人机系统主要考虑工控机的固定安装，有人机还要考虑人的操作控制平台。
4 软件设计
该航摄仪要求支持有人机和无人机拍摄，除了要实现基本的航拍功能，还需要有良好的人机交互功能。
遥感控制系统的功能模块分析，根据任务需求，遥感空中控制系统划分为五大模块：拍摄控制模块、航迹姿态信息处理模块、遥感数据处理模块、人机界面交互模块、航迹规划模块。各模块划分、相互之间以及与其它系统间的关系见图。
5 地面调试与结果
针对不同的测试目的，在对地观测数字航空遥感地面仿真实验平台系统上进行了多次地面联合调试。按照系统构成所示的连线方式，搭建整个系统，然后给系统外接27V直流电源，系统按照预设的方式启动。启动后，控制工控机通过快门卡控制相机拍摄。在程序设置时将四台偏振相机分别设置编号为1、2、3和4，其中3号相机负责传输快试图，其调试结果如图所示，四台不同角度的相机同时得到控制拍摄，并且3号相机已传送了一幅84.5K的快试图数据。
本文设计的偏振遥感载荷系统在国内首次实现了与无人机的结合，成功实现了对机载偏振遥感成像设备拍摄的自动控制与数据的自动传输和存储功能，不仅为偏振遥感数据的获取增添了新的手段，更使得在恶劣环境下大范围、长时间的偏振遥感数据获取成为可能。系统的研制成功进一步丰富了航空遥感器的种类，提高了人们获取航空遥感数据的能力。
参考文献：
[1]彭望等编.遥感概论[M].北京：高等教育出版社，2002.
[2]余咏胜，游宁君.数码航摄像机――传统胶片航摄像机的替代者[J].测绘通报.2005(3)：6-10.
关键词：长输管道；无人机遥感；水土保持
水土保持监测作为生产建设项目水土保持工作的重要组成部分，是水土流失预防监督和治理的重要基础。常规的水土保持监测技术手段无法很好满足生产建设项目水土保持监测准确性、及时性和完整性的要求。无人机遥感具备准确性、实时性和全面性的特点，成为生产建设项目水土保持监测新的技术手段。通过对已完成的西气东输项目前期充分调研分析，通过无人机对项目的重点区域进行遥感监测，对该技术应用于长输管道工程监测进行探讨。
1．工程概况
西气东输二线工程西起新疆霍尔果斯口岸，向东南延伸至上海、香港，全长近万公里，是我国天然气四大进口战略信道中的西北信道，工程新疆段自新疆霍尔果斯口岸入境后，基本沿G312由西向东敷设，从哈密市出疆，管线长度约1340km。本次论文研究对象选择其中典型果子沟路段的两处渣场为例。本次选取果子沟两处渣场，1#渣场设计堆渣量1.5万m3，2#设计堆渣量4.7万m3。渣场主要挡蓄西气东输二线工程管道开挖的弃渣。弃渣堆放场挡土墙呈L形设计方案，两墙肩依山体斜坡为固定支承点，山体斜坡岩性多为坡积和中强风化岩石，挡土墙肩嵌入山坡、梁凸出部位。本次渣场围护设计采用重力式挡土墙型式。1#渣场挡土墙全长236m，采用浆砌块石填筑，优选弃渣料，不够时再外借。挡土墙墙顶宽度0.6m，迎渣面坡度1：0.4，背渣面坡度1：0.2，墙面高度4m，地面以上高度3m，前后墙趾宽度0.5m，高度1m。2#渣场挡土墙全长308m，采用浆砌块石填筑，优选弃渣料，不够时再外借。挡土墙墙顶宽度0.6m，迎渣面坡度1：0.3，背渣面坡度1：0.2，墙面高度2.5m，地面以上高度1m，前后墙趾宽度0.5m，高度1m。挡土墙每隔15m设一道伸缩缝，缝宽2cm，用M2.5砂浆填缝，墙内布设排水孔，采用管径6cm的塑料管，排水孔坡度5％，间距1m，梅花形布置。渣场外坡按照1：2堆至1820.5m，顶部修成5％的坡度，以便于排水。外坡采用浆砌石网格砌筑，网格规格2×2m，采用C15、F200细粒混凝土，网格内播撒草籽。
2.无人机遥感技术在典型区域的监测应用
长输管道工程空间跨距长，多无人区，采取全线普查法获取水土流失数据的难度大，投入大，时间长。因此，监测区域的土壤侵蚀背景数据及施工前后扰动、治理效果的对比等，主要通过遥感监测方法与典型调查方法相结合的途径获得。以遥感影像为数据源，按照《水土保持监测技术规程》（SL277－2002）规定，对监测区域进行外业调查，建立遥感解译标志，通过解译，获得监测区域在施工前后各种土地利用类型、土壤侵蚀类型和侵蚀强度的分布、面积和空间特征数据。
2.1人机交互式解译流程
采用人机交互式解译法进行遥感影像的解译与判读，同时，对比分析重点监测地段的土地利用和土壤侵蚀状况，包括工程区域和扰动带两部分，其中工程区域以管线中心线左右各500m范围为监测区域，扰动带则以管线中心线左右各20m为监测区域。
2.2土地利用解译
在遥感影像的土地覆盖信息基础上，依据人机交互式解译原理和野外实地考察的结果建立项目区土地利用类型典型遥感影像解译标准，形成土地利用现状图。土地利用分类参照国家土地利用分类标准进行分类，本次选择的典型渣场所处位置进行遥感影像处理，分析工程所处的土地利用现状为有林地，见图1。
2.3土壤侵蚀专题信息提取
在土地利用图生成后，以人机交互式解译原理和野外实地考察的结果分别建立土壤侵蚀类型遥感影像解译标准。土壤侵蚀分类、制图和数据库建立均按照SL190-2007规定的标准土壤侵蚀分类分级系统进行。本次工程属于天山山脉，工程沿山间河谷地带布设，典型渣场选取在不影响行洪的山间洼地，所处位置为水力轻度侵蚀区域，详见图2。本次无人机的遥感监测，获到的只是施工结束后的一个时段的数据，只代表了这一时段的现状，本期的数据可与工程施工前、施工过程中的数据对比分析，即可得到工程施工过程中的变化情况，也可了解到工程在自然恢复期的各项措施的实施后的效果。
3.无人机遥感技术特征分析
通过本长输管道工程选取典型渣场的应用实例分析，将无人机遥感技术应用到生产建设项目水土保持监测工作中，可以准确、及时、全面地反映施工过程各阶段的工程进展和水土流失防治等情况，特别是在长输管道等大型线状工程，优势更加突出和明显。（1）无人机准确性高。生产建设项目水土保持监测的重点往往是以米记的水土保持措施，传统卫星遥感对大范围的航拍有优势，但对重点区域精度无法满足监测需求。无人机低空遥感可根据需求，调整飞行高度以获取不同精度的成果。本次无人机低空飞行高度在50~300m之间，遥感像素分辨率为0．25m，经过精度检验，成果平面精度的误差为1～3m，完全满足水土保持监测判读、位置、面积等信息提取的要求。（2）无人机时效性好。无人机遥感与传统卫星遥感相比，较好地弥补了其时效性差和机动性低的缺点。可以根据不同项目监测工作的需求，由现场监测人员确定遥感的时间和范围，在较短的时间内完成遥感影像获取和监测信息的提取，能较及时地反映工程水土流失和水土保持情况，满足定期常规监测和灾害性事件应急监测的需求。而传统的卫星遥感，机动性相对较差，不能及时的由现场监测人员掌握。（3）无人机更直观全面。无人机遥感成果对比传统的常规监测方法，更能较为直观和全面地反映工程现状，不但能为业主、施工、监理、监测等部门在施工管理、施工总体布局、施工进度控制等方面提供支持。而且可为水行政主管部门、业主单位水土保持监督管理提供参考。
4.问题与思考
关键词：微型多旋翼；环境监测；飞行控制系统
中图分类号： TP79 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）31-146-2
1 无人机的定义
无人驾驶航空器简称无人机，英文的缩写为UAV（Unmanned Aerial Vehicle）。无人机具有受气候的影响小，效率高反应速度快、能准确定位、准备工作简单、操作控制容易等特点。整个系统运行稳定，经济性能高，可以在小面积区域、兴趣地点悬停重点拍摄。
2 无人机的分类
①水平起降式：水平起降式机翼为固定式。优点：飞行速度快，可以进行高空飞行，动力效率比高，续航能力强。缺点：受空气流动影响较大，无法悬停在指定位置，对目标只能进行“盘旋观察”在复杂地形飞行时需要操作难度高，微型固定翼UAV限于效果的比例，身体容易跟随流线和角运动，进而影响其稳定性，难以获得连续稳定清晰的图像。对起飞和降落场地要求较高，要求起飞及着陆航线平整且无障碍物，且发射或降落时需要考虑风向、风速问题，限制较多。②垂直起降式： 垂直起降式机翼为旋翼式。优点：低空空气流动对其影响较小，可在空中悬停。可以在兴趣目标点进行“悬停凝视”观测，可以获得连续稳定清晰的图像，有利于小目标或局部区域的细致观测。具有垂直起降能力，可以在恶劣的场地进行起降，对气象条件要求低，具有较广的应用范围。缺点：机翼载荷比水平起降式高，动力效率比低，无法滑行，为减少自重，续航力低，控制系统复杂，容错率低，容易出现故障。
在多种类的无人机中，四旋翼无人机是目前研究最为广泛、用途最多的一种。四旋翼无人机由于能够垂直起降、自由悬停，适应不同的情况，在不同的环境下自由转向和调速。
3 无人机工作原理
3.1 系统概述
无人机飞行控制系统是无人机的核心，飞行控制系统通过采集飞行器的姿态、速度、压力、转速等信息，传输给飞行控制处理器，由处理器解算并发出控制无人机飞行状态的指令，并且通过无线数据通信系统可以向地面站实时传输无人机的飞行参数和功能传感器所探测的目标信息；另一方面，地面站也可以根据需求向无人机发送指令，控制无人机姿态、航向，到达指定地点进行拍摄或探测。整个飞行控制系统的设计是无人机的关键，是地面站与机上飞行控制系统的综合，飞行控制系统的好坏直接决定着无人机的质量。
3.2 无人机探测系统搭载原理
3.2.1 无人机遥感技术
无人机的遥感技术是将传感器技术、遥测遥控技术搭建在无人机技术的平台上，并运用计算机技术进行运算控制，通过通信技术完成信息传输及存储，可迅速、自动、智能地获取相关的环境空间信息，采集数据和应用处理。无人机续航时间长、能实时传输影像，具有成本低、高分辨率、机动灵活等特点，在高危地区探测具有较好的应用前景。
3.2.2 利用高分辨CCD相机系统获取遥感影像
无人机通过控制系统可以实现影像的自动拍摄和获取，通过航迹的规划实施监控，将采集的信息数据进行压缩和自动传输，还可以完成影像预处理，可以在水域环境监测提供环境信息，为各级环境部门环境检测提供便利，并可满足环境应急响应的需求。
3.2.3 数据融合生成三维立体空间图
地面站系统搭载了数据融合软件系统，该系统将传回的传感器数据和位置信息等数据，进行数据融合，生成立体三维空间图，直观展示各类信息，便于数据分析。
3.3 微型多旋翼无人机系统使用目标设定及定位
卫星及传统航空器在复杂水域、面积相对小且污染类型多样的区域拍摄不清晰，无法达到分析要求，无人机飞行器可以在复杂区域完成悬停凝视，拍摄连续稳定高像素图像，更能细致对进行目标区域进行监测。
四旋翼无人机携行方便，不受使用场地约束，最高可在6 级风力情况下使用，在阴云、雾霾能见度不良天气情况下，可以低空或贴水面飞行，获取水域环境的高清晰图像，可以实时追踪和监测突发环境事件的发展。同时借助地面站外部通信设备将无人机实时拍摄巡查地点的高清图片通过网络进行转播或存储。
3.4 无人机的优点
①多旋翼无人机通过采用GPS 模块实现了空间定位功能；将网络通信、自动控制、物联网及软件技术，集成在多旋翼无人机上，利用无人机灵活性特点，以点及面，就可以无死角、全方位地探测目标区域环境条件状况，实现定时定点采样，极大减小了控制生产成本和系统功耗。②数据融合生成立体三维空间图；特有设计了地面站系统，实时显示无人机传回的传感器数据和飞机当前位置信息等，同时进行数据融合，直接将数据以立体三维空间图直观展示，环境各参数指标一目了然。
4 微型多旋翼无人机的操作注意事项
本文以大疆精灵Phantom 4为例，介绍无人机的使用方法：无人机具体参数如表1。
①在目标地点附近起飞，飞行范围是以起飞点为中心高度120m以下，半径500m 范围内。②四旋翼飞行器可以垂直起降，在目标区域附近垂直起飞，到达预定高度后，飞往目标地点，对目标地进行检测。在检测过程中可以根据现场环境调整无人机的高度，便于获得更清晰的图像。在飞行过程中要注意于其他建筑或固定障碍物保持20-30m的安全距离，与运动的障碍物需要保持500m的安全距离。在一次出动微型多旋翼无人机时，需要在各组间设立指挥员，协调各组的飞行范围，保证任务顺利。③受电池约束，该型号无人机只能持续飞行28分钟，信号接收范围为3.5公里，在飞行时注意飞行时间和距离的控制，避免因没电或超出控制距离造成损失。
5 多旋翼无人机在水域环境监测中实际的应用
5.1 无人机在水产养殖区的应用
在水产养殖区域，水域环境检测尤为重要，以水草为例，水草作为大多鱼类的食物，可以很好地促进鱼类的生长，当水草超过一定数量，会造成水层缺氧，并加速水草死亡，造成水质变坏，不利于鱼类养殖。所以鱼塘需要实时监视水草数量，人工划船或观望难以做到全局观测，结果比较片面，使用无人机对水域进行全局探测，快速了解鱼塘整体情况，也可以在局部进行悬停并凝视，确定水草生长情况，获得鱼塘准确信息并及时制定应对措施。
5.2 无人机在环境检测的应用
沂河流经临沂沂水、沂南、临沂市区，临沂段全长284公里，流域面积7425平方公里，集水面积2872平方公里，河面最宽达1540米；被临沂人民誉为"母亲河"。是临沂重要的淡水资源，该河两岸附近分布着工场和众多的居民地，存在排污问题。对沂河的环境检测尤为重要，通过无人机技术可以快速地获得沂河流域环境情况，对保护水资源具有重大意义。
6 结论
水域环境监测需要对目标区域进行全局观测和量大的局部观测，要想获得大量高质量的局部观测信息，就需操作灵活，可控制性高的无人机系统组来完成。可以预见的是微型多旋翼无人机将会得到大量应用，而且未来微型多旋翼无人机的发展方向将是智能化、多样化的空中机器人群组。
参 考 文 献
[1] 高鹏骐，晏磊，赵红颖，何定洲.无人机遥感控制平台的设计与实现[A].第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C].2013.
[2] 黄爱凤，邓克绪.民用无人机发展现状及关键技术[A].第九届长三角科技论坛――航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C].2012.
（青海省地矿测绘院，西宁 810012）
（Qinghai Geology Mineral Surveying Institute，Xining 810012，China）
摘要： 无人机航空摄影以无人驾驶飞机作为空中作业平台，集合高空拍摄、遥感以及航空摄影于一体，对农村范围内的集体土地，包括属于农民集体所有的建设用地、农用地和未利用地进行航空摄影，获取准确的地形图数据，以保证农村集体土地登记确权发证工作有效进行。本文对无人机航空摄影技术在农村土地承包经营权确权登记发证工作进行简单介绍。
Abstract： Unmanned aerial vehicle (UAV) aerophotography takes the pilotless aircraft as the aerial platform, integrating high altitude photography, RS and aerophotography. It takes airphoto of the rural collective land including construction land, farmland and unused land to get accurate topographic map data in order to ensure the rural collective land registration verification and certification work. This article briefly introduces the application of UAV aerophotography in rural land contract for the managerial right verification registration and certification.
关键词 ： 无人机航空摄影测量技术；土地测绘；农村土地承包经营权确权登记发证工作
Key words： UAV aerophotography；topographic mapping；verification；registration and certification of rural land contract for the managerial right
中图分类号：TP79 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）06-0233-02
农村土地承包经营权确权登记发证工作的主要任务是“查清承包地块的面积和空间位置，建立健全土地承包经营权登记簿，妥善解决承包地块面积不准、四至不清、空间位置不明确、登记簿不健全等问题，把承包地块、面积、合同、权属证书全面落实到户，依法赋予农民更加充分而有保障的土地承包经营权”，其中的关键步骤是以户为基本单位，对现有人口、土地面积、地块、承包现状进行清理核实。传统土地调查使用皮尺测绘法，使用皮尺丈量，画张草图就可以进行确权办证。基本能满足面积和四至的相对准确，但是操作过程不够规范，由于没有坐标系等测绘最基本的要素，所以这种方法采集的成果根本就没有空间位置。
然而，新型无人机遥感技术是利用先进的科学技术、通过遥感传感器技术、遥测遥控技术等应用技术来实现的，这具有快速性、时效性及清晰度优点。无人机能够充分提高调查和监测的水平和效率。遥感监测信息不仅客观性好、现势性强、时效性高、无人为干扰因素，而且信息的定性、定位和定量精度高，避免了虚报瞒报的情况，并且由于地块的方位、面积等在图上得到了清晰的标示，政府部门可以做到“图账对应”，从而准确的掌握了地籍信息。
无人机航空摄影测量技术在农村土地承包经营权确权登记发证工作中起到了很大的作用，无人机航空摄影测量系统作为一项空间数据获取的重要手段，具有快速高效、机动灵活、精细准确、作业成本低、适用范围广、影像实时传输、高危地区探测等重要特点，在小区域和常规飞行困难地区快速获取高分辨率影像方面具有明显优势。可以利用无人机航空摄影测量系统获取高分辨率航空影像，制作出高精度的正射影像图。
确权登记工作的重点环节在于农户土地的外业测量。如果利用手持gps以传统方式进行外业实测。对于工期和质量都达不到要求，而青海又是世界上唯一一个高海拔地区，经济发展比较落后，有着世界上独一无二的地形地貌特征，也有着世界上独一无二的天气及气候变化。青藏高原号称“世界屋脊”，是一个大面积强烈的年轻隆起区，平均海拔在4500m以上，是我国现代冰川和多年冻土最发育的地区，在海拔4500m以上，为大片连续的多年冻土地区，大都是微受切剖的开阔平坦地形，地表呈现单调。青藏高原海拔高、地形复杂，被誉为无人机的禁区。然而，我省新近完成的一项科研成果打破了禁区传说，让无人机自由翱翔在高原的天空。我省无人机科研项目开始于2012年5月，经过短短一年的时间，青海省地矿测绘院科研人员成功探索出了一套适合在高海拔复杂地形、高寒缺氧等特殊环境下低空航空摄影测量的技术流程和操作方法。填补了我省在高原矿区无人机自主飞行获取影像数据和应用无人机航测技术测绘1:2000大比例尺地形图的空白，研究成果达到国际先进水平。
由于青海地区有一些地方会有户均耕地面积小的情况，加之手持GPS由于精度有限，实测工作中发现测量结果误差较大，造成群众对测量结果不认可等的问题，使青海地区部分试点县试点乡镇的土地确权工作一度被动。为顺利完成试点任务，各试点县农牧局及项目承担单位县经管站积极与上级业务主管部门和兄弟州县交流探讨，立即转变旧思路、精心研究新方法，确定将无人机航测遥感技术应用于土地确权试点项目外业测量，经与多个专业测绘单位联系商谈，最终与省地矿测绘院达成合作协议，并在试点乡镇建立了航测地面临时指挥部。经过各试点的航测，使无人机航测遥感正摄影技术在我省农村土地承包工作中得到了广泛的应用，相关技术应用水平也走在了全省前列。该技术不仅用更高精度的GPS对测量地区进行了测绘，还对地理地貌进行了全面航拍，精确稳妥地完成了农村土地实际面积、空间位置等重要外业测绘数据的采集，为高质量完成土地确权登记工作打下了良好基础，还能为今后该地区规划提供科学精确的图文数据。
能够优质按时的做好这一工作,完成农村集体土地登记确权发证任务。是青海省面临的一个重要任务，如今，青海省地矿测绘院无人机航空摄影测量技术在农村土地承包经营权确权登记发证工作中起到了非常重要的作用，为青海省全面开展农村土地承包经营权确权登记发证工作打下了一个坚实的基础。
在此以青海省湟中县农村土地承包经营权确权登记发证试点航空摄影测量工作来说，农村土地承包经营权确权登记发证工作主要利用1:2000正射影像底图，套合第二次土地调查后形成的最新土地利用现状图数据（县、乡镇行政界线以及村权属界线，图斑线、地类），按1：2000比例尺出图制作成权属调查工作底图，在此基础上由外野进行实地地块界线手工绘制、权利人，地块号，地块名称等的调查，然后经内业采用CASS数字测图系统进行上图、编辑、编制成农村集体土地所有权基础数据，利用KQ系统软件进行权属资料建库、分类面积统计和汇总等后续工作。比起传统的GPS实地测量来看，工作效率有了一个质的飞跃，传统测量工期长效率低，而无人机航测运用在土地承包经营权确权登记发证中，大大提高了工作效率，也节约了一定的成本。无人飞机体积小巧，机动灵活，不需专用跑道起降，受天气和空域管制的影响很小，能够在极短的时间内快速获取影像。这对于我们青海这个欠发达地区来说，是一个很好的方案。
参考文献：
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[5]张乐，等.浅谈无人机的发展[J].科技信息，2008，18.
关键词：无人机航摄技术；土地综合整治；动态监测
1 引言
土地综合整治是国土资源工作的重要组成部分，是确保我国粮食安全、提高粮食综合生产能力的有力支撑，是一项涉及面广、实施时间长、管理程序复杂的系统工程，对保证国民经济和社会可持续发展，实现耕地总量动态平衡，加速农业、农村现代化有着不可替代的作用。现阶段，我国土地综合整治事业正处于管理模式调整和管理水平提高的关键时期。如何建立一套科学的监管体系，确保土地综合整治专项资金发挥预期绩效，全面完成国家补充耕地计划和项目建设任务，让项目长期发挥效益，促进社会经济可持续发展，已成为我国当前土地开发整理工作的一项首要任务。
2 无人机航摄系统简介
2.1 无人机航摄系统组成
无人机航摄系统主要由飞行控制系统、地面站系统、航拍摄像系统和影像处理软件四部分组成。
2.2 无人机航摄系统的特点
（1）低空飞行，空域申请便利。飞行系统升空准备时间短，操作简单，运输便利。
（2）系统可快速获取超高分辨率数字影像和定位数据，可针对特殊监测目标搭载全色波段、单波段、多波段等传感器，并可进行多角度摄影。
（3）系统为多种小型遥感传感器提供了良好的搭载平台，如探地雷达、热成像仪、气象传感器、合成孔径雷达等，易于拓展监测功能，以满足多种快速监测所需。
（4）系统的置建费用较低，运营成本、维护成本和操作手的成本远远低于载人机系统。
3 试验方案
3.1 试验区概况
本文选择宁乡县大成桥乡土地整理项目作为试验。该项目位于宁乡县大成桥乡东北角区域，属丘陵地区。土地综合整治面积4km?，分割成四小块，如图1所示。
3.2 试验目的
采取航空摄影方式获取不同时间阶段的地面影像资料和数字线划图，通过数据变化分析对比对土地整治项目全过程实施动态监控。
3.3 试验方案流程
本次实验方案主要分为“事前、事中和事后”三个阶段，使其达到“事前预控、事中监控和事后验控”的效果。试验方案流程如图3所示。
由于实验区域范围不发生变化，因此在进行航线设计时只做一套方案，采取对项目区进行3次航飞，分别为规划设计前航飞一次、施工过程中航飞一次、竣工后航飞一次。如图2所示：
4 动态监测
4.1 事前预控
主要是获取项目区内DOM、DLG产品，向设计部分提供设计依据。DLG数据叠加DOM数据可为设计人员提供更为直观的设计效果，更能合理地进行道路、水渠及其附属工程的设计，而DEM成果可作为土方量计算的依据。
在方便设计部分的同时也为土地监管部门留下了历史依据，为项目实施过程中是否存在夸大土方量，田间道路重复建设，桥梁维修虚报为桥梁新建，虚列拆迁补偿费、青苗补偿费及其他变更工程，整理田块面积错报，整理田块数量漏报，整理结果、质量瞒报等现象起到了防微杜渐、提前预防的效果。
4.2 事中监控
在项目施工过程中，工程量大，土地监管人员无法直观地了解到项目区的施工情况。而事中阶段能根据土地监管部门的需要，采用无人机定期对项目区进行航飞，可飞一次或者多次，主要是获取生产项目区的DOM数据，能直观地反映出项目区施工进度及施工质量，并能及时发现施工单位是否按照设计图纸进行施工，是否存在工程质量问题。对存在质量问题的工程起到了实时监控的作用。如图4所示：左边影像为项目施工前，右边影像为项目施工中。
4.3 事后验控
项目验收是项目完成的最后一个关键环节。事后阶段无人机航飞主要是为生产项目区的竣工验收图纸、竣工后DOM和DEM 数据。通过竣工后影像与施工前影像获取对比，可直观地检查出其工程是否按照设计图纸进行施工，是否存在偷工减料、瞒报工程量等现象。如图5所示。
5 结语与展望
在大力发展RS技术运用于土地整理动态监测的时代，无人机航摄技术的产生无疑又是一个新的转折点。相对于传统的RS技术，其高效、快捷、成本低的特性，促使土地监管部门加强了土地监管力度。无人机航摄技术能够全面提高规划设计和预算编制的科学性，为土地监管打下了坚实的基础，在今后的土地整理动态监测项目中对提高土地整理项目竣工验收质量和进一步规范土地整理权属管理工作等方面具有广阔的应用前景。
参考文献：
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关键词：无人机航摄系统；煤田普查；1:2000地形图测绘
中途分类号：P217参考文献：A
一、引言
煤田普查即发现煤田和概略评价煤炭资源的地质工作，一般是在区域地质调查或煤田预测的基础上进行的煤田地质工作。近年来，随着国家能源战略的加速推进，煤田地质工程越来越呈现出范围广、地形复杂、工期紧的特点，对测绘也提出了更高的要求。
传统的人工测量模式存在作业周期长、人力投入大、成本高等问题，甚至会出现困难地区无法施测，无法满足高难度、快节奏测量生产的需要。因此，借助新技术、新工艺来满足煤田普查项目任务重、时间短、质量高的需要显得极为迫切。
现有的卫星遥感技术虽然能够获取大区域的空间地理信息，但受回归周期、轨道高度、气象等因素的影响，遥感数据分辨率和时相难以保证。常规航空摄影技术因受空域协调、起降场地选取、天气等因素的影响较大，缺乏机动快速能力，同时成本较高，灵活及精细度不足，无法及时有效地满足小范围高分辨率数据快速获取。而作为传统航空摄影测量补充手段的低空无人机摄影技术，凭借其自身机动灵活、快速高效、困难地区探测的航片获取技术，以及精准的后处理技术，大大降低了作业成本和生产周期[2-3]，在“短、平、快”的测绘项目中具有明显优势。
论文依托甘肃煤田地质局委托项目，甘肃煤田地质局综合普查队于2012年对甘肃省景泰县某煤矿测绘1：2000数字化地形图，测区面积约30km2。
二、无人机系统简介
低空无人(unmanned aerial vehicle，UAV)机航摄系统[4]是一种集无人驾驶飞行器、遥感及GPS导航定位等技术于一体建立起来的高机动性、低成本和小型化、专用化的遥感系统。
无人机航摄系统主要包括无人机飞行平台、飞行控制系统和非量测型面阵CCD数码相机，以及地面站、远程无线装置、地面数据处理系统等辅助设施。
无人机飞行平台
无人机飞行平台主要包含固定翼无人机、旋翼轻型无人机和无人飞艇。由于固定翼无人机具有低成本，可实现低速平稳飞行等优点，本研究采用固定翼无人机平台，该平台主要参数见表1。
表1 无人机飞行平台主要参数
飞行控制系统
飞行控制系统用行控制及任务设备管理，自由驾驶仪、姿态陀螺、GPS定位装置、无线遥控系统组成，可实现飞行姿态、航高、速度、航向的控制及各个参数的传输，以便地面人员实时掌控飞行情况。本研究中使用LT-150型无人机飞控导航系统。
摄影传感器
本研究搭载传感器为Cannon 5D MarkⅡ，检校结果（像幅5616*3744像素，像素大小：6.41 um），主点X0 ，相机检校参数见表2。
表2 相机检校参数
地面控制系统
地面控制系统的功能包括：航摄前期主要有测区查询、航线设计及参数设置；飞行阶段实时显示飞行参数，辅助飞控人员进行飞行；后期统计输出导航文件、影像飞行质量快速检查等。
三、低空无人机航摄系统在煤田普查1:2000地形图测绘中的应用
该煤田普查区地势由西南向东北逐渐降低，海拔高程1620～1850m，相对高差230m；测区西北部地面坡度在6°～25°，地形类别为山地，其他大部分地面坡度在2°以下，地形类别为平地，根据测区自然地理、气候和交通等情况，测区作业困难级别划为Ⅱ级。因按设计要求，需40个工作日内提供勘查区30km2的1:2000地形图，为保证工期与质量，决定采用无人机航摄技术，技术流程如图2所示。
1.无人机航摄数据获取
(1)测区相关资料收集
在飞行设计之前对测区概况进行了解收集相关资料，如测区GPS控制点坐标、交通路线图等。
(2)飞行设计
根据工程项目的成图要求及测区边界情况，本次飞行共设计2架次，航高750米，第一架次11条航带，共911张航片；第二架次9条航带，共1037张航片；测区航线总长178km，航片总数1948张，余片为287张。航线敷设情况如下图3所示。
图2.无人机航测技术流程
图3 航线敷设情况
(3)数据采集
将规划好的航线载入飞行控制系统，地面控制子系统按照规划航线控制无人机飞行，飞控系统则按预设的航线和拍摄方式控制相机进行拍摄。
本次飞行共获取影像1948张，采用人工选取同名点的方法计算相邻像片的重叠度和旋偏角，利用飞控数据和导航数据来检查航线弯曲度、同一航线的航高差等参数，像片有效范围在航向上超出成图范围的基线均在两条以上，摄区旁向覆盖超出摄区范围边界30%；航向重叠：一般在65%左右，最小为56%，最大为72%；旁向重叠：一般在30%左右，最小为25%，最大为43%；旋偏角：旋偏一般小于8°；航线弯曲度：所有的弯曲度均小于3%；航高保持：同一条航线上相邻像片的航高差均小于20米。同一航线上最大最小航高之差一般小于30米，符合规范要求。
2.像控布设及实施
根据该煤田勘查区特点，全区采用平高区域网布点方案。全测区按飞行架次与地形条件划分为四个网区。像片控制点采用了航线网布设，航向相邻像控点基线跨度为5条基线，最长为7条基线，旁向跨度为两条基线。全测区各区域网内像控点布设如下图4所示。
图4区域网布设图
3.影像处理
影像处理主要包括畸变差纠正、空中三角测量、3D产品制作及精度检查等内容。
(1)影像畸变差纠正
由于低空无人机的载重及体积原因，搭载传感器为非量测型相机，感光单元的非正方形因子和非正交性，以及物镜组的径向和切向畸变差的存在使得获取的数码影像存在各种畸变差，不能直接用于测绘生产[5]。本次航飞前在专业检校场对相机进行精检校，获取相机畸变差系数，借助PixelGrid畸变纠正模块完成数据预处理。
(2)空中三角测量
本次空中三角测量加密使用适普自动空中三角测量软件VirtuoZo AAT，该软件除半自动量测控制点之外，其他所有作业（包括内定向、选取加密点、加密点转点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网）都可以自动完成。由于PATB光束法区域网平差程序具有高性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能，因为本次航飞应用无人机进行低空摄影飞行，根据无人机的飞行质量情况，测区内所有加密点需要人工选取，内业工作量较大。
测区西北部地面坡度在6°～25°，地形类别为山地，其他大部分地面坡度在2°以下，地形类别为平地。因此确定1:2000数字线划图等高距为1米。
区域网划分：平高像控点采用区域网布点，全测区按飞行架次与地形条件划分为四个网区。高程像控点采用了航线网布设，相邻网区间使用多个公共像控点，减少了测区接边误差。
采用VirtuoZo AAT自动空中三角测量加密软件与PATB平差软件进行反复加密与平差，直至成果满足精度要求。详细空中三角测量作业方法如下：
建立测区：设置测区基本参数、建立相机文件、建立测区影像列表；
自动内定向：建立框标模板，检查自动内定向结果；
确定航线间的偏移量，选取连接点、人工加密点；
调用PATB平差，挑出粗差点进行修测；
导入控制点文件，量测控制点；
调用PATB平差，编辑粗差较大的控制点、连接点，直至成果合格；
导出空中三角测量成果。
加密过程按软件的功能遵循图5流程进行。
图5空中三角测量加密作业流程
空中三角测量是数据处理的核心，主要作业方法为根据POS数据自动建立航带内和航带间的拓扑关系网进行全自动连接点提取，通过大量平差点和快速平差算法剔除粗差点，利用控制点做空中三角测量计算，获取精确的外方位元素，生成加密点坐标。本项目空中三角测量加密成果精度见表3.
表3光束法整体平差精度报告
(3)DLG、DOM、DEM制作
在VZ站下导入空三成果恢复立体模型，生成核线影像文件，进行影像匹配、编辑，线划图采集。根据外业调绘片在CASS环境下进行属性编辑、图廓整饰。利用采集的三维DLG数据内插生成DEM数据，从而进行DOM制作。将正射影像图与线画图叠加分幅整饰最终完成1:2000地形图制作。如图6、图7所示。
图6测区局部DEM效果图图7 测区局部DLG和DOM叠加效果图
(4)DLG成图精度分析
精度评定包含地理精度和数学精度评定两方面。地理精度评定采取外业巡视的方法对图面地理要素的正确性及数据完整性、综合取舍的合理性、接边质量等进行检查；数学精度评定包括平面位置评定和高程评定，主要采用RTK实测地物点，并对比图上坐标，计算较差，利用点位中误差公式计算出各个检查点的平面位置中误差和高程中误差。
在保证精度评定基础上，全区选取19幅1:2000地形图进行检查。本次项目采取地理精度、数学精度同步检查方式，在对地物特征点进行坐标数据采集的同时，根据现场地物实际情况检查图面信息，并保证19幅均匀抽取10检测点以上。本次野外对19幅1:2000地形图进行外业检查。经检查，精度均优于规范要求。检查情况如下表4：
表 4 地形图精度检查情况
分析表4数据可知，无人机航摄技术测绘1:2000地形图的高程、平面中误差均满足《1:500 1:1000 1:2000地形图航空摄影测量外业规范》（GBT 7931-2008）要求，平面精度和高程精度指标大部分小于限差的1/3，符合设计与甲方要求；通过与实地地物特征现场对比、量测可知，图面内容表达清晰，地物地貌取舍合理，均符合《国家基本比例尺地图图式第1部分：1:5001:10001:2000地形图图式》（GB/T 20257.1-2007 ）规范要求。依据《测绘成果质量检查与验收》核定该成果质量为“优”。
四、结束语
低空无人机具有轻便灵活、反应迅速、成本低廉等诸多优点，本文将该技术应用于煤田普查1:2000地形图测绘中，该技术在“短、平、快”的小范围地形测量中优势明显，可以高效、快速、保质地完成测绘工作任务，极大的节省了人力，缩短了测量周期。
然而，必须明白低空无人机航摄系统自身仍存在诸多缺陷，如采用小幅面的非量测型相机，单幅影像覆盖面积小，正射影像图接缝工作量大；像对模型多，增加了模型切换和模型接边工作量；飞行姿态不稳定，受天气影响大（特别是风力）；空中三角测量工作量大，区域网接边误差较大，影响地形图精度。
总而言之，低空无人机虽然存在诸多缺陷，但是在作业工程中选择正确的方式方法，认真扎实的做好每一步工作，可以有效的降低误差，提高作业精度。在“短、平、快”小范围的煤田普查项目中，低空无人机明显具有其突出的优势。
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