積云一號無人機航測系統(tǒng)在水利測量中的應用

陳沖 周進省 尤艷紅

（1.河南省思拓力測繪科技有限公司，河南鄭州450000；2.河南廣盛信息科技有限公司，河南鄭州450052）

積云一號無人機航測系統(tǒng)在水利測量中的應用

陳沖1周進省2尤艷紅1

（1.河南省思拓力測繪科技有限公司，河南鄭州450000；2.河南廣盛信息科技有限公司，河南鄭州450052）

通過對積云一號無人機的介紹及其在水利工程地形圖生產中的應用進行分析，利用外業(yè)實測數(shù)據(jù)對航測精度進行評估，為積云一號無人機在測繪領域的應用提供了參考。

積云一號；ppk；圖形精度

隨著科技的發(fā)展，無人機航測在測繪行業(yè)的應用越來越廣泛，但傳統(tǒng)航測作業(yè)依然存在著很多缺點，如飛行姿態(tài)不穩(wěn)定、相機畫幅小、影像畸變差大、重疊度不規(guī)則等[1-3]。按照傳統(tǒng)航空攝影測量加密方式，不僅需要布設較多的像控點，還會增加像控聯(lián)測的野外測量工作量[4，5]。積云一號無人機航攝系統(tǒng)結合ppk技術，可獲取高密度、高精度的相機曝光點的坐標，為高精度的空三解算提供保證[6,7]。通過積云一號無人機獲取的影像，經過Pix4D mapper 處理軟件處理，能實現(xiàn)每個工程20000張低空影像的處理能力。Pix4D mapper軟件自帶平差系統(tǒng)，可自動智能化后處理，直接導出點云、DEM、DOM，DLG生產在虛擬測量軟件下直接作裸眼3D采集，無需傳統(tǒng)立體測圖的3D眼鏡、手輪、腳盤，大大減少了外業(yè)測量工作量，縮短了測繪產品的生產周期。本文以河南省某水庫地形測量項目為例，對積云一號無人機在水利工程地形圖測量中的應用及測繪產品生產中的效率和精度進行探討。

1 積云一號無人機簡介

丹麥進口長航時無人機測量系統(tǒng)積云一號（見圖1），丹麥原裝進口，是丹麥Sky-watch公司與哥本哈根大學、哥本哈根工程大學等機構聯(lián)合研發(fā)的固定翼無人機攝影測量系統(tǒng)，以操作簡單、安全、長航時、高效為設計宗旨，建立了測繪和測量的新標準。通過對傳感器速度、姿態(tài)、方向以及相機快門的精確控制，積云一號可以對任意測區(qū)進行航空攝影測量，從而獲取高質量的三維模型和正射影像。

圖1 積云一號無人機

1.1 無人機攝影測量系統(tǒng)

積云一號無人機系統(tǒng)的組成如下：飛行控制系統(tǒng)、航攝平臺、遙感傳感器系統(tǒng)、地面站監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了高精度ppk差分技術，可利用 Mission planner 飛控軟件按照項目要求進行航線設計（圖2）。

圖2 積云一號飛行任務規(guī)劃軟件Mission planner

積云一號的技術優(yōu)勢：

（1）機身采用超輕碳纖維復合材質，以及凱夫拉纖維材質，具有很好的韌性，堅固耐用，特有的結構外包圍防護；（2）全自動起飛降落；（3）手拋起飛，無需借助任何彈射架或皮筋等外力工具即可起飛；（4）長達150分鐘的超長飛行時間，讓您單架次覆蓋更大范圍作業(yè)面積；（5）垂直減速定點降落，無需攜帶降落傘即可實現(xiàn)安全著陸；（6）智能傳感器組合，自動控制飛行高度、速度、姿態(tài)等參數(shù)；（7）靈活穩(wěn)定的云臺，可搭載多種傳感器；（8）獨特的安全保障功能，確保飛機在失去地面遙控信號或GPS信號時仍然能安全返回或降落；（9）長距離飛行，以及高達10km的有效通信距離；（10）螺旋槳自動折疊設置，保證飛行及操作的安全。

1.2 影像處理

將獲取的影像數(shù)據(jù)及POS數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)處理軟件pix4D mapper中，設置好坐標系統(tǒng)、中央子午線、投影方法、數(shù)據(jù)處理精度，選擇生成的成果種類、格式，運行數(shù)據(jù)處理即可，簡單，方便。成果種類主要有：正射影像、DEM、密集點云、DSM。

1.3 地形圖測繪

利用正射影像和數(shù)字高程模型，在EPS地理信息工作站繪圖軟件上生成數(shù)據(jù)格式為DSM的三維模型數(shù)據(jù)。在三維模型上進行采集化，主要有建筑物及構筑物、道路及道路附屬設施、河流及橋梁、線桿、路燈、溝坎、地類范圍等能夠辨認的各類地物。高程數(shù)據(jù)采集主要從DSM中提取高程數(shù)據(jù)，然后展繪到數(shù)字線劃圖中。由于試驗區(qū)的植被覆蓋度較高，嚴重影響了內業(yè)高程數(shù)據(jù)點的采集，因此在植被覆蓋區(qū)域采用GPS實測部分高程數(shù)據(jù)，作為篩選正確高程數(shù)據(jù)的參考。

2 航飛作業(yè)

2.1 試驗區(qū)概況

為滿足河南省某縣某水庫改擴建規(guī)劃，需要對該縣城南開發(fā)區(qū)某水庫庫區(qū)及周邊區(qū)域進行1∶1000 地形圖繪制。由于項目工期較緊且項目實施時間正值夏季，為保證產品質量和按期完工，決定采用低空無人機攝影測量的作業(yè)方式，采用ppk稀疏像控布設、密集點云處理、真正射影像與外業(yè)調繪相結合的辦法進行地形圖測繪。

測區(qū)地形為平原和丘陵，東西跨度約4km，南北跨度約2km，面積約8km2，如圖3所示。

圖3 測區(qū)范圍

2.2 航空攝影情況

航線設計：航向重疊度為75%，旁向重疊度為70%，航攝影像地面分辨率為7cm。由于積云一號的航時高達2.5小時，所以測區(qū)范圍只需一個架次即可實現(xiàn)全覆蓋。

航空攝影耗時1.5小時，共拍攝相片749張，相幅大小為2010萬像素；相機焦距為18mm，像素大小為4.8μm；影像清晰、反差適中、色調柔和、色彩平衡。

2.3 影像處理及 DLG 生產情況

影像處理結束。DLG生產涉及1∶1000標準分幅圖幅32幅，由4個作業(yè)員經培訓后在4天內完成全部32幅地形圖的內業(yè)地形要素及高程點采集工作。與傳統(tǒng)的全外業(yè)實測成圖的方法相比，該方法減少了50天的工期。

2.4 地形圖精度

地形圖精度檢查采用GPS RTK(網絡模式)采集外業(yè)數(shù)據(jù)，共采集明顯地物點、特征點35個(其中平面檢查20個點，高程檢查15個點)，數(shù)據(jù)采集時 RTK為穩(wěn)定的固定解狀態(tài)。將檢核數(shù)據(jù)與DLG中對應地物點平面位置坐標數(shù)據(jù)或高程數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、比較，計算出DLG平面位置中誤差為0.1m，高程中誤差為0.15m，滿足1∶1000地形圖精度要求。

3 結論

積云一號無人機ppk技術的加持及虛擬測量技術的應用給傳統(tǒng)攝影帶來了深度變革。ppk技術的應用不僅減少了外業(yè)工作人員的工作時間，降低了勞動強度，而且積云一號無人機飛行時間有150 min，機載相機像素為2010萬，使得單架次的航飛面積極大，同時虛擬測量技術的使用使得積云一號無人機航空測圖系統(tǒng)在實際生產過程中的生產效率進一步提高。

[1]張祖勛． 攝影測量的信息化與智能化[J]．測繪地理信息,2015，40(4) ： 1-5．

[2]孫藝洋．虛擬測量在無人機測繪成果中的應用[J]．測繪通報,2016(7) ： 148-149．

[3]謝建春，孫丙玉，李文清，等． 一種低空無人機航攝系統(tǒng)關鍵技術的實驗研究[J]．測繪通報，2015(10) ： 85-87．

[4]朱正榮，李少龍． 無人機攝影測量用于大比例尺地形圖測繪的實踐[J]．測繪標準化，2014(1) ： 23-26．

[5]方劍強．生產數(shù)字正射影像圖( DOM) 的若干技術問題探討[J]．測繪與空間地理信息，2007(3) ： 91-93．

[6]畢凱,李英成,丁曉波，等． 輕小型無人機航攝技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．測繪通報，2015(3) ： 27-31，48．

[7]曹鳳海，宋占武，李燕，等． 無人機航攝拍照瞬間精確空間位置的確定[J]．測繪通報，2016(6) ： 144-145．

陳沖（1988—），男，漢族，助理工程師，從事攝影測量工作。E-mail:191314910@qq.com