天寶UX5無人機航攝系統在違章測量中的應用

王 海，陳 樂

(1. 廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060； 2. 廣州天派儀器科技有限公司，廣東 廣州 510030)

天寶測繪解決方案專欄

天寶UX5無人機航攝系統在違章測量中的應用

王 海1，陳 樂2

(1. 廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060； 2. 廣州天派儀器科技有限公司，廣東 廣州 510030)

改革開放以來，隨著城市化進程的不斷加快，城市建設向郊區不斷蔓延，郊區農村進入快速城市化發展階段。城市向郊區拓展形成的城市建設景觀和郊區農村不斷城市化形成的農村建設景觀在地域上連接在一起， 出現了不少城中村，各種違法建設問題日益突出，影響了城市的整體面貌。因此，為了加強對城中村的土地利用規劃管理，及時查處各種違章建筑，急需快速制作正射影像圖。相較于傳統的航空攝影測量，無人機具有作業成本低、周期短、安全性能好、機動性強及現勢性強的特點，是衛星遙感、大飛機遙感的有力補充，在國內各項領域得到了廣泛應用。

天寶UX5無人機系統由航測飛機、相機、地面控制站、發射架及跟蹤器組成。航測飛機由機身、eBox和相機組成，eBox與電臺天線相連接，主要起到與地面控制站通信的作用，地面控制站則用來控制UX5航測飛機(如圖1所示)。

圖1 UX5無人機

1 項目概況

本項目作業范圍覆蓋廣州市番禺區大部，面積約345 km2。測區以平原為主，平均海拔10 m左右，并有部分丘陵地帶，最高海拔為185 m。測區內建筑物密集，河網密布，交通便利。由于任務急，工期緊，采用天寶UX5飛機進行航拍。

1.1 技術路線

本項目首先利用天寶UX5無人機航攝系統獲取影像和飛行文件，并進行像控點的布設及聯測，獲取像控點的坐標成果；然后根據像控點的坐標成果進行空三加密、影像正射糾正、自動拼接及整飾輸出等過程；最后制作出正射影像圖，技術流程如圖2所示。

圖2 無人機作業技術路線

1.2 項目關鍵技術

1.2.1 航線規劃及像控點布設

由于項目要求制作0.1 m分辨率的數字正射影像，因此航線高度設置為383 m，航向重疊度為75%，旁邊重疊度為70%。鑒于作業面積較大及起降場地的限制，將作業區域分為4塊，共98個架次。航線規劃如圖3所示。

圖3 航線規劃示意圖(部分)

由于項目要求提供地方坐標系成果，鑒于項目所測像控點約200個點，因此像控點測量采用事后控制，像控點的選擇以斑馬線的角點及球場的實線交點為主。像控點測完后，進行拍照，分別拍一張近景和遠景，以方便后期像控點的匹配。

1.2.2 空三加密

外業完成后，內業數據處理采用UASMaster 軟件，由于像片較多，因此采用分批處理方式，每塊約4000張像片。為了能夠得到空三加密的結果，按以下4個步驟進行：

(1) 定義新工程：將該坐標系統設置為成果要求輸出的坐標系統，并設置相機對應的型號，然后導入像片及POS數據、像控點數據，最后生成航帶，如果沒有任何錯誤，就表明工程已經建好，可以進行下一步操作。

(2) 計算連接點：連接點平差提取有4種方法，分別為Full Resolution、Half Resolution、Half Resolution Approx 2D及Low Resolution，一般采用Half Resolution，該方法適用于大部分項目，處理速度快且精度較高。處理完成后，將會顯示定向像片、地面控制點、航帶與連接點等的相對位置。所有的像片都會在平差過程中使用，因此已經進行了外部定向的值將會被標記。最后檢查所有的像片是否連接在一起，當確認所有的像片全部連接起來后，才可以進行控制點測量工作。

(3) 控制點測量：進入像片窗口進行控制點測量，默認情況下選擇的是 Manual 模式。首先查找測量控制點在每張圖片的粗略位置，然后選擇合適的縮放比例進行精確刺點，一般選擇清晰的像片進行刺點，直至所有的控制點測量完成。

(4) 相機校正與平差：控制點測量完成并確保無誤后，采用 Weak平差方法來檢查地面控制點測量。然后使用Extensive進行相機校正，校正完成后，檢查是否有更多的連接點在平差中使用，以及地面控制點測量是否有提高，基于確定的定向和更好的相機校正，控制點將會投影到更多的像片中，因此可以增加測量。根據輸出的結果決定平差精度是否足夠，以及是否需要進一步的相機校正。

2 DOM生成

空三加密完成后，需要進行點云處理，再進行表面編輯，最后生成正射影像，具體步驟如下。

2.1 生成(DTM、DSM等)點云數據

DTM提取使用了兩種主要的算法：最小二乘匹配和特征匹配。特征匹配法處理的速度很快，但精度只有 1/3 個像素。最小二乘匹配法主要用來處理細化點以獲得更精確的點云，因此速度較慢。為加快處理速度，提取選項采用Smoother選項，在地面分辨率 2 級進行 DTM 生產，使用平衡最優，最終生成一個 30×GSD 的 2 級格網。

DSM 提取則采用CBM算法，CBM 是基于像素的匹配算法，不同于特征匹配算法與最小二乘匹配算法， 都是基于一個區域的匹配。DSM提取選項采用Spare 選項，雖然生成的點云密度較為稀疏，但是處理速度很快。

2.2 表面編輯

表面編輯主要是為了消除自動點云處理中的錯誤，這些錯誤將會影響正射鑲嵌影像的生成。為了發現點云中錯誤，UAS Edit 中提供了顯示選項，可以方便找出其中可能存在的問題。

2.3 正射影像的生成

正射影像生成直接采用點云的點，沒有任何像片糾正過程，這是一種生成正射鑲嵌的快速方法。出于性能的原因，該功能不作任何的像片平衡，但是幾何質量比通過像片糾正的真正射鑲嵌好得多(如圖4所示)。

圖4 數字正射影像(部分)

2.4 質量檢查

將生成的數字正射影像和已有的1∶2000數字線劃圖進行對比，經檢查，道路、河流、池塘等地物重合情況較好，影像清晰，反差適中，色彩及色調均勻，影像無模糊，滿足項目要求。

3 結 語

(1) 相對于傳統的航攝系統，無人機航拍技術具有作業成本低、周期短、安全性能好、機動性強的特點。本項目采用天寶UX5無人機航攝系統，雖然面積達到345 km2，但只花了3周時間就完成了外業飛行，總計飛了98個架次，極大地縮短了外業時間，而且沒有發生任何重大安全事故。

(2) 這次大范圍利用無人機航攝系統進行違章測量，從項目完成情況看，作業時間短，且成果質量滿足委托方的要求。本項目的成功實施為無人機的進一步發展提供了新的平臺，并提高了無人機航攝技術在應急測繪中的影響力。