無人機制作1∶500線劃圖的技術與應用

楊 新 國

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 寶雞 721001)

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無人機制作1∶500線劃圖的技術與應用

楊 新 國

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 寶雞 721001)

根據拓普康天狼星無人機的特點和性能，說明了該機型制作1∶500線劃圖的流程及成圖質量控制要點，并以該無人機在寶蘭客運專線寶雞馮家塬制作大比例尺地形圖測試，驗證了采用無人機制作大比例地形圖的可行性和可靠性。

無人機，地形圖，成圖質量

0 引言

隨著測繪科技的發展，測量手段日新月異，傳統的人工智能化數字測圖技術逐漸跟不上時代的節奏，無人機航測制圖技術日趨發展成熟，逐漸取代傳統的低效率的人工測圖作業方式。拓普康天狼星無人機航測遙感作為一種新型的低空遙感監測技術，作為高空衛星遙感數據、中低空普通航空遙感的有效補充，具有響應速度快、精細度高、使用成本低、操作培訓簡便的技術特點，在多云多霧、影像獲取困難、人力難以到達等地區應用，具有明顯的可操作性優勢。為了證明該型無人機的成圖質量，本項目選取了寶蘭客運專線約1 km2進行1∶500地形圖制作，分析該無人機航攝成圖成果的可靠性。

1 拓普康天狼星無人機介紹

拓普康天狼星無人機由美國拓普康定位系統公司(簡稱TPS)聯合德國瑪芬奇MAVINCI共同研發并生產，結合瑪芬奇在無人機飛行平臺專業的研發團隊，在全球無人機飛控系統設計方面多年的領先技術優勢，率先推出了全球第一臺內置RTK實時測量的無人機航空攝影平臺，顛覆了傳統航測大量布設地面控制點的作業流程，在無人機航空攝影測量領域，引起廣泛關注，得到高度好評。

1.1 系統組成

該系統高度集成，一體化程度高度融合，主要由系統硬件設備、影像處理系統、信息分析系統、業務運行保障系統等組成。

1)系統硬件設備：無人機飛行平臺、飛行控制系統、地面監控系統、發射與回收系統；遙感任務設備、任務設備穩定裝置、影像位置和姿態采集系統等。

2)影像處理系統：影像數據快速檢查、糾正、拼接；DOM，DEM，DLG生產等。

3)信息分析系統：信息提取、信息分析、報告自動生成、數據管理與檢索等。

4)業務運行保障系統：野外裝備、技術標準、技術規范、與各領域業務運行相結合的軟件開發和技術流程制定。

1.2 設備構造

拓普康天狼星無人機結構見圖1。

1.3 航攝遙感作業基本流程

航攝作業基本流程：1)技術準備；2)場地選擇；3)設備檢查；4)飛行操控；5)飛行質量檢查；6)資料整理；7)成果移交。

1.4 主要技術指標

1)影像分辨率：可達到1.7 cm；2)成圖精度：比例尺1∶500，1∶1 000，1∶2 000；3)監測效率：2 km2/h～5 km2/h(影像分辨率5 cm時)；4)無人機續航時間：55 min；5)飛行高度：0 m～750 m可調；6)巡航速度：65 km/h；7)起飛方式：手拋式；8)降落方式：自動滑行、自動輔助、手動；9)主機內置100 Hz GPS(無須外業刺點工作);10)可以自由設定獲取高精度點云數據，進行三維建模。

2 拓普康天狼星無人機制作1∶500線劃圖測試

2.1 攝區概況

航測區域位于寶蘭(寶雞至蘭州)客運專線寶雞市渭濱區馮家塬村，線路長度約2 km，東經107°09′24″～107°10′06″，北緯34°20′22″～34°19′26″，測圖范圍為設計線路中線兩側各250 m，區域內有5個高等級的控制點，平均分布在攝區內。測試區域地形涵蓋平原、居民地、山地、植被密集區，具有代表性，本項目先采用GPS-RTK和全站儀相結合的方式，對整個測試區域采用人工智能化數字成圖方式制作1∶500線劃圖作為無人機制圖的檢核數據。本次人工制圖成圖精度高，可靠性強，可以作為檢核數據。

2.2 測試執行情況

本項目分一個架次完成無人機飛行相對航高約為150 m，分為4個航帶，共拍攝2 100張相片，全程用時40 min。

2.3 成果比對與分析

測試結束后一個星期提供本次測試所有成果，針對所提供成果，依據TB 10101—2009鐵路工程測量規范，對1∶500地形圖成果分別從點位精度、高程精度及橫斷面精度三方面分地形、特征點類別與人工測繪成果進行了抽樣比對，抽樣點覆蓋整個測區。各項限差規定值見表1，表2。

1)地物點點位精度檢查見表3。

由表3可知三類地物點抽樣合格率為100%。

表1 地物點在圖上的點位中誤差 mm

表2 高程注記點和等高線的高程中誤差 m

表3 地物點點位精度檢查統計表

2)點位高程精度檢查見表4。

表4 高程注記點相對于鄰近圖根點的高程中誤差檢測統計表

由表4可知，平地、道路地區均無遮擋，高程中誤差滿足Ⅰ類地形高程中誤差限差；麥田地區由于小麥密集，遮擋嚴重，處理時未考慮小麥高度，大部分檢查點均高出實測高程值0.5 m，故高程中誤差超限。

3 測試結論

1)該款無人機性能比較穩定，起飛和降落都安全平穩，操作簡便。內置RTK支持GPS+GLONASS雙頻雙星，無需進行航測外控及空三加密，這是該款無人機的一個亮點。

2)該款無人機標準配套軟件主要包含MAVinciDesktop飛行計劃軟件和PhotoScanPro影像后處理軟件。通過上述配套軟件，用戶可以一鍵式后處理接口直接得到正射影像DOM、數字高程模型DEM和點云3種不同類型的生產成果。在此基礎上，用戶根據不同需求選擇多種數據加工和編輯平臺，實現虛擬測量、體積量算、生成等高線、DLG編輯等不同功能。

3)在無遮擋區域平面和高程可滿足1∶500比例尺地形圖精度要求；針對植被覆蓋區域仍需進行現場調繪、實測特征點對成果進行修正可以達到相應精度指標要求，可以用于生產。

[1] 徐紹輇，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用(修訂版)[M].武漢：武漢大學出版社，2003.

[2] TB 10050—2010,鐵路工程攝影測量規范[S].

[3] 徐亞明.攝影測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2005.

The technology and application of unmanned aerial system to make 1∶500 DLG

Yang Xinguo

(ShaanxiRailwayEngineeringInvestigationLimitedCompany,Baoji721001,China)

According to the characteristics and performance of TOPCON Sirius UAV, this paper illustrated the process and quality control key points of the model production of 1∶500 DLG, and taking the UAV production of large scale topographic map test in Fengjiayuan of Bao-Lan passenger line, verified the feasibility and reliability of using UAV production of large scale topographic map.

UAV, topographic map, mapping quality

1009-6825(2016)27-0195-02

2016-07-10

楊新國(1984- )，男，工程師

TU198

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