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拉帕努伊岛的无人机测量

占领了164平方公里的世界上最偏远的有人居住的岛屿

2016年6月29日

无人航空系统(UASs)可以很容易地运输，这一有利的特性是偏远空间摄影测量测量的理想选择。拉帕努伊岛(复活节岛)是地球上最与世隔绝的居住地，由于云层覆盖、多风的天气条件和岛屿的巨大面积，无人机的摄影测量达到了极限。由此产生的正射影像和数字地表模型将支持考古文献和研究。这些考古特征将被保存在一个单一的、详细的数据库中。作者讨论了这一令人兴奋和富有挑战性的冒险。

的存在拉帕努伊岛在欧洲编年史上第一次被记载的是雅各Roggeveen．荷兰海军上将在1722年的复活节登陆该岛，因此它被命名为复活节岛(Isla de帕斯夸河在西班牙语)。关于占领整个拉帕努伊岛的无人机摄影测量调查的目的是建立一个综合数据库，以支持各种任务，包括环境保护、自然灾害风险评估和遗产文件。这些图像还将支持岛上分布的所有考古特征的识别和分类。该项目由智利国家古迹委员会(DIBAM)发起，由区域和行政发展部副部长(SUBDERE)资助。

源数据

这将标志着该岛所有的文化遗产首次被记录在一个单一、详细和完整的数据库中。此外，将地图数据和数字地表模型(DSM)与土地利用、水文、地貌和其他现有数据相结合，将支持未来对该岛进行考古调查的标准化工作。标准化是智利国家古迹委员会的一个愿望，特别是因为研究工作的系统化对于保护该岛的文化遗产和保护古迹的维护措施非常重要。一个包含有关该岛布局和古迹分布的详细和精确信息的全面数据库，将使视觉检查能够优先保护雕像、考古遗迹和其他文物。这些努力需要长期规划，摄影测量方法收集的地理数据将提供基本的原始数据。

网站和设备

拉帕努伊岛属于智利领土，位于太平洋中部，面积164平方公里(图1)，最高海拔507米。该岛属于热带雨林气候，7月和8月的气温最低，2月的气温最高。它的孤立位置使岛屿暴露在风中，这有助于保持相当凉爽的温度。“无人飞行系统”需要承受9月持续吹拂该岛的大风，风力从14公里/小时到25公里/小时不等。此外，岛屿的大小要求无人机可以在一次飞行中覆盖很长的距离。因此，我们选择了一种固定翼无人机，特别是AG-Wing(图2)。固定翼无人机的一些基本特征如表1所示。无人机系统由制造商IDETEC提供和操作。另一个气候限制是地面以上500米的云层。为了在云层下飞行，相机配备了焦距为24mm和35mm的广角镜头。

品牌	AG-Wing
重量(公斤)	1．9
Max。有效载荷(公斤)	0．6
Max。待在空中[分钟]	45
Max。速度(公里/小时)	75
ø /翼展[厘米]	155
相机	索尼aps - c 20议员

表1，用于捕获拉帕努伊岛的固定翼无人机的基本特征。

“无人飞行系统”的调查

航测是在2015年9月进行的。占领整个岛屿总共花了10天时间，两名操作员使用了两辆uas。飞行使用一个地面控制站进行远程控制和监控(图3)。在52次飞行中，每一次飞行的路径长度为25至28公里，共记录了21840幅图像，沿航迹重叠率为90%，跨航迹重叠率为70%。图像的地面采样距离(GSD)为12cm。所有的图像都没有云层。为进行地理参考所需的航空三角测量，采用双频GNSS在静态模式下对67个地面控制点(gcp)进行测量，平面精度优于5cm，高度精度为10cm。航空三角测量的均方根误差(RMSE)为3.6cm, GSD误差为0.77。

处理

使用Agisoft PhotoScan Pro软件包对20,000多幅图像进行航空三角测量，并随后创建了比例为1:500的DSM、正射影像和数字地图。图4显示了整个岛屿中正字法的一小部分。最终的DSM包含每平方米11个点。从点云出发，编制了两个栅格DSMs:一个网格间距为56cm的所谓标准模型和一个网格间距为30cm的高分辨率模型。图5显示了数字景观模型的两个部分，它们是通过将正交点叠加在数字表面模型上创建的。图6显示了由正交点与等高线叠加而成的部分数字地图。一名操作员可同时使用两台工作站，在50个工作日内完成从图像到最终产品的处理工作。

挑战

为了确保测量的连续性，并保证高质量的辐射测量和图像的几何形状，UAS平台需要永久维护，而惯性测量单元(IMU)必须定期校准。一般来说，在捕获大型孤立地区(如拉帕努伊岛)时，必须采取这些预防措施。在岛上不稳定的天气条件下，云层的阴影或光线不好的情况经常发生，为了应对这些情况，拍摄了比拍摄小区域所需的更多的航班和图像。为了占领发射场周围7公里半径范围内的地区，选择了16个发射场和着陆场，这些地点在岛上分布得很好。由于发射场周围的地形条件不同，飞行计划不能在办公室进行，而是必须在现场进行。