無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在某公園地形測(cè)量中的應(yīng)用

余廣勤

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

傳統(tǒng)的人工測(cè)繪不靈活、受測(cè)區(qū)地形影響比較大、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、需要花費(fèi)大量的人工。因此，我們急需采用一種機(jī)動(dòng)靈活、費(fèi)用低、工期短、節(jié)省人力、精度均勻的辦法來解決因地形復(fù)雜人工無(wú)法測(cè)繪等問題已迫在眉睫。

1 工程概況

王家山森林運(yùn)動(dòng)公園規(guī)劃需要進(jìn)行1∶1 000地形圖測(cè)繪，等高距1 m，成圖面積0.8 km2，地形為山區(qū)地帶，平面坐標(biāo)系統(tǒng)為CGCS2000國(guó)家坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

本項(xiàng)目特點(diǎn)：1)部分測(cè)區(qū)灌木密集，人工測(cè)量難度大；2)施工區(qū)人員與機(jī)械設(shè)備一同作業(yè)，易發(fā)生危險(xiǎn)；3)任務(wù)急時(shí)間緊。為解決以上問題，創(chuàng)新測(cè)繪技術(shù)手段，以王家山森林運(yùn)動(dòng)公園項(xiàng)目為背景，進(jìn)行無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)的研究。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)的技術(shù)路線

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)路線流程圖見圖1。

3 作業(yè)流程

無(wú)人機(jī)航測(cè)作業(yè)流程主要分為無(wú)人機(jī)航測(cè)和無(wú)人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩大部分。

3.1 無(wú)人機(jī)航測(cè)

1)資料收集，確定測(cè)區(qū)范圍。

2)測(cè)區(qū)范圍航線規(guī)劃。

根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)書，使用無(wú)人機(jī)管家專業(yè)版軟件的航線規(guī)劃功能，將測(cè)區(qū)范圍導(dǎo)入航線設(shè)計(jì)軟件中，根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行航攝技術(shù)設(shè)計(jì)。航向和旁向重疊率均設(shè)置為75%，相對(duì)航高設(shè)置為200 m，地面分辨率優(yōu)于0.08 m，共獲取676張影像，預(yù)計(jì)飛行35 min，共計(jì)2個(gè)架次，航線規(guī)劃圖見圖2。

3)像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)布設(shè)與施測(cè)。

根據(jù)無(wú)人機(jī)管家軟件內(nèi)置的谷歌影像，布設(shè)像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)，利用手機(jī)版奧維進(jìn)行導(dǎo)航定位。像控點(diǎn)一般選擇在影像上容易辨別又能在實(shí)地準(zhǔn)確測(cè)量的明顯地物點(diǎn)，或者撒約1 m長(zhǎng)的L形白灰標(biāo)志，并進(jìn)行編號(hào)。本項(xiàng)目外業(yè)控制測(cè)量平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000國(guó)家坐標(biāo)系，高斯3度帶正形投影，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。采用CORS-RTK進(jìn)行像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)的施測(cè)，獨(dú)立采集2個(gè)測(cè)回，共布設(shè)像控點(diǎn)6個(gè)，檢查點(diǎn)10個(gè)。

4)航空攝影作業(yè)。

在天氣符合飛行作業(yè)要求的情況下，到達(dá)起飛點(diǎn)，起飛前對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行全面檢查，確保安全后方可起飛作業(yè)。起飛成功進(jìn)入預(yù)定航線，作業(yè)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)狀況參數(shù)，關(guān)注電池電量、飛行姿態(tài)、航高及速度。外業(yè)航飛完成后，及時(shí)對(duì)航攝影像進(jìn)行檢查和整理，確保信息完整，影像清晰并及時(shí)下載影像。

5)外業(yè)調(diào)繪。

影像調(diào)繪采用內(nèi)外業(yè)結(jié)合的方法，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)居民地、水系設(shè)施、交通要素、管線等進(jìn)行調(diào)查和補(bǔ)測(cè)。

3.2 無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)處理

1)影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

打開數(shù)據(jù)處理軟件Pix4d，新建工程，加入全部影像，設(shè)置影像屬性。

2)快速處理檢查。

點(diǎn)運(yùn)行，選擇本地處理，勾選初步處理和快速檢測(cè)，點(diǎn)開始，軟件運(yùn)行完成后，可以查看快速處理的成果，是否存在像片間重疊度不夠或者質(zhì)量太差等問題。

3)加入控制點(diǎn)。

使用像控點(diǎn)編輯器加入控制點(diǎn)，并由軟件自動(dòng)完成初步處理。

4)一鍵式自動(dòng)化處理。

在開始處理前需要進(jìn)行一些設(shè)置(一般都選默認(rèn)設(shè)置)，全自動(dòng)處理包括初始化設(shè)置、點(diǎn)云加密、數(shù)字表面模型DSM和正射影像DOM生成，通過生成密集點(diǎn)云得到正射影像成果。

5)點(diǎn)云及正射影像輸出。

編輯點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可直接獲取高程點(diǎn)數(shù)據(jù)；通過調(diào)整拼接線、投影切換、混合影像，便可生成最終的正射影像成果。正射影像圖見圖3。

6)DLG生產(chǎn)。

無(wú)人機(jī)航測(cè)生產(chǎn)數(shù)字線劃圖，主要基于航測(cè)后處理軟件生成的DOM數(shù)據(jù)信息來采集地物、地貌、高程等地理信息數(shù)據(jù)，目前主要有兩種方法：一是通過正射影像直接采集，二是通過立體測(cè)繪進(jìn)行采集。通過正射影像直接采集的方式是利用數(shù)字正射影像.TIF文件本身帶有正確的坐標(biāo)信息和與實(shí)際相符的比例因子，具體做法是將.TIF影像文件插入CASS10軟件，通過對(duì)影像底圖的判別，再按CASS做圖習(xí)慣完成數(shù)字地形圖的制作(見圖4)。由于CASS軟件的應(yīng)用比較普及，所以這種方法對(duì)作業(yè)人員來說簡(jiǎn)單易學(xué)，采集效率高，但對(duì)個(gè)別地物、地貌判別不準(zhǔn)確，成圖后需要對(duì)判別不準(zhǔn)確的地物、地貌進(jìn)行外業(yè)調(diào)查。

4 航測(cè)精度

4.1 空三精度

檢查點(diǎn)的精度對(duì)比見表1。

表1 檢查點(diǎn)的精度對(duì)比表

4.2 平面及高程精度

采用人工實(shí)測(cè)碎步點(diǎn)的方法，對(duì)部分房角、地面高進(jìn)行檢驗(yàn)，誤差均在1∶1 000地形圖比例尺限差范圍內(nèi)，滿足數(shù)字化測(cè)圖精度要求，見表2。

表2 地形碎步點(diǎn)

5 結(jié)論

采用無(wú)人機(jī)航空攝影進(jìn)行地形圖的測(cè)繪，解決了因地形復(fù)雜人工無(wú)法測(cè)繪等問題，獲得的成果資料能夠滿足規(guī)范要求，達(dá)到1∶1 000地形圖精度指標(biāo)，為無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn)，并得出以下結(jié)論：

1)機(jī)動(dòng)靈活，受測(cè)區(qū)地形影響小。

對(duì)起降場(chǎng)地的要求小，特別是多旋翼無(wú)人機(jī)，1 min可實(shí)現(xiàn)垂直起降，無(wú)需專用場(chǎng)地，操作便捷，能夠解決人工無(wú)法到達(dá)的復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行作業(yè)。

2)費(fèi)用低。

使用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，大大減少傳統(tǒng)數(shù)字化測(cè)圖的外業(yè)工作量，外業(yè)調(diào)繪量平均可降低70%以上，改變了傳統(tǒng)測(cè)繪工作模式，航測(cè)費(fèi)用大約是人測(cè)費(fèi)用的1/10。

3)工期短，節(jié)省人力。

4)精度均勻，成果直觀。