無人機航測用于紅衛農場1:1000高標準農田DLG數據生產實踐

沈培培

摘要：當前數字農業技術，無人農場技術，信息化技術蓬勃發展，廣泛的應用在農業生產中，其中農田數據的數字化是一項基礎工作。我們需要對原有地塊進行改造，建設高標準農田，同時獲取高標準農田的DLG數據，對農田地圖的測繪，能夠有效掌握農業成產區域內的地理信息。近年來我國的無人機技術發展迅速，在社會的方方面面得到了廣泛的應用。由此出現了無人機航空攝影測量技術，具有成本低、操作簡單、影響因素小等優勢，具有較好的發展前景。本文主要對無人機航空攝影測量技術在紅衛農場1：1000高標準農田DLG數據的生產進行分析應用。

關鍵詞：無人機;航空攝影測量;高標準農田;DLG;應用

無人機航空攝影測量技術，是利用固定式或者多旋翼等無人機搭載航空攝影設備進行低空航測的新型技術手段，具有響應迅速、機動性高、使用便捷、受空域管制和天氣的影響較低，能夠適應不同測區能力，是衛星遙感和飛機航空攝影的有力補充[1]。隨著無人機技術的快速發展及民用化程度的不斷提高，無人機在高精度飛控技術的基礎上，融合包含高精度定位技術、地理信息技術、遙感技術在內3S技術，同時運用信息技術，精準圖傳技術等，能夠完成高精度的測量，在投入使用過程中受到一致認可，同時也促進了社會的進步和發展。

1.任務區概述

本次任務區域位于黑龍江農墾建三江管局紅衛農場場部西側1.5km無人農場示范區，占地面積約3200畝，測區為紅衛農場的無人農場示范區，主體包括水田、田埂、大棚區、道路等。測區位于建三江平原水稻種植區，地勢平坦，無高達建筑物，地表以路邊林帶、道路和農作物為主。測區所處位置如下圖1中紅框所示：

2.軟硬件介紹

2.1航測無人機系統

本次航測使用大疆公司推出的一款小型多旋翼高精度航測無人機精靈 Phantom 4 RTK無人機進行航測作業，飛機內置高精度定位模塊，可通過網絡差分技術實現厘米級定位，無人機支持航線自主規劃，適用于低空攝影測量。無人機內部搭載載高感光度相機，該相機最高像素為2 000 萬，像幅：5 472×3 648，像素大小：2.4 um，顯示設備：平板電腦，飛行控制APP：DJI GO 4和Pix4Dcapture。

2.2（二）影像處理軟件

常用于影像處理軟件包括 Infho、PhotoScan、Pix4D 等。本次作業選取 PIX4DMapper ，該款軟件是目前最流行的一款軟件，這款軟件可以通過計算機圖像識別原理來進行空三加密，軟件操作簡單，人工干預少，還可以輸出 DOM 正射影像，DSM 數字表面模型等。

2.3（三）測圖軟件

本次作業使用ArcGIS9.2作為測圖軟件。

3.航測作業和數據處理

3.1航測作業

（1）像控點布設及測量

按照測區位置的實際情況，同時按照1：1000比例尺地形圖繪制的要求，并遵循下述像控點的布設原則進行航測像控點的布設：

像控點的布設的選擇對象應該具備特征明顯、外形尖銳的特征，內業人員進行分析處理的時候可以提高其準確度

像控點的大小不低于70厘米，同時需要在記錄時說明像控點相對于標記物的位置

像控點在選擇的時候應該盡量避免其他遮擋物如房子、樹木的遮擋

像控點做標記的時候應該選用不易被損壞的方式進行，比如油漆等

像控點的標志物應該與周邊環境的對比度要高，方便快速識別標記物

設置好像控點并拍攝多角度標志物照片

根據以上原則，測區內地物類型簡單，且道路規則，所以將像控點布置在兩條近似垂直交叉的道路上，使用白色油性噴漆在印象明晰的地物點上進行噴繪。

測量方式采用 GNSS RTK 測量模式，測量時使用對中桿附帶高精度RTK接收機，確保對烘干氣泡居中定，確認好所測像控點方位以及對應點號，并進行記錄。像控點測量結果以下表格1所示：

（2）航線規劃

使用航線規劃軟件 Pix4Dcapture進行航線規劃設置。根據此次飛行任務的要求，航線規劃要針對任務性質和任務面積，綜合考慮天氣和地形等因素，規劃如何實現任務要求的技術指標，實現基于安全飛行條件下的任務范圍最大覆蓋[2]。在紅衛農場高標準農田作業區，面積3200畝，經規劃航線可以在一次飛行任務中覆蓋整個區域，同時也保證了在飛行的過程中像控點不會遺漏。

（3）航攝作業

完成作業規劃，需要設置此次的飛行參數，此次飛行作業需滿足數字正射影像的采集要求，因此設置飛行高度200米，設置航向重疊度80%，設置旁向重疊度為65%。

具體飛行過程如下：

起飛：通過軟件將飛行計劃下發給作業無人機，無人機從起飛點起飛，上升至作業高度。

航線飛行：無人機到達作業起點位置和高度后，按照規劃的航線進行飛行，按照規劃的航向重疊度和旁向重疊度進行航片的拍攝作業。

回收：無人機完成航測作業后返回起始點。

航攝質量檢查：現場飛機飛完規劃路徑作業后，將結果導出后對飛行的數據進行及時查驗。檢查此次任務中所拍攝的照片數量是否滿足航線規劃的要求;檢查照片的拍攝效果，檢查是否漏掉像控點，檢查測區是否飛行完成。如果存在質量問題，要進行重飛或補飛，如果質量合格則外業航攝結束[3]。

3.2內業數據處理

整理飛行的航測數據，包括影像數據、POS數據、像控點坐標數據等，使用Pix4Dmapper進行數據處理，處理流程如下文所述：

（1）建立工程并導入數據。打開pix4dmapper選擇項目—新建項目，項目建設完成后導入原始航片和POS數據;

（2）設置圖像屬性。

圖像坐標系：設置POS數據坐標系，選擇WGS-84坐標系

地理定位和方向：設置POS數據，從文件中選擇POS數據

設置相機型號：設置相機文件，從相機庫里選擇符合的相機文件。

（3）加入控制點。

（4）進行圖像處理操作，使用選全面高精度處理模式并進行自動處理。

運行完成后進行檢查，檢查區域內空三校正誤差，相機參數優化的質量以及控制點的殘差質。下圖為根據測區航測數據進行分析處理后生成的DOM數據。

將DOM數據導入ArcGIS軟件中進行地理配準和矢量化。

（1）將數據導入Arcgis，導入的時候對其進行投影的定義，使用Arcbox-數據管理工具-投影變化-定義投影，對導入的測區影像數據進行坐標投影，定義坐標系為GCS_WGS_1984。

（2）打開地理配準工具條，和準備好的控制點文本文件。

（3）使用地理配準工具對測區影像數據進行地理配準。找到影像中的拍攝到的5個控制點的標記，依次選擇控制點，在右擊彈出的輸入框中獎對應控制點的經緯度數據導入。一共5個控制點，進行逐一導入，其中X對應緯度坐標，Y對應精度坐標。

（4）輸入完成后使用地理配準工具進行校正操作，并將校正的結果導出為TIF格式，關閉原始的測區影像數據，并在ARCMap中打開校正過的影像。

（5）使用編輯工具條完成對影像的主要地物建筑物、田塊、道路、水體等進行矢量化。

地形圖要素的分類與代碼主要是依據《1：500、1：1000、1：2000地形圖要素分類與代碼》（GB/T1804-93）的基本要求對其進行了分層處理和繪制。圖式主要是采用《1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式》（GB/T7929-1995）。

3.3精度分析

本項目全測區共3200畝，在測區內選取 10個具有明顯特征的檢核點，使用高精度定位北斗/GNSS接收機采集檢核點的坐標，同時確保差分基準站與無人機航測采用的基準站處于同一個坐標系下，根據采集的坐標與影像上對應點的量測取坐標數據進行比對，進行精度評定。經過計算本次航測的平面精度點位 中 誤 差 為 0.028，滿 足《GB/T 7930- 2008 1 ：500 1：1000 1 ：2000 地形圖航空攝影測量內業規范》的精度要求。

4.結論

此次在黑龍江農墾建三江管局紅衛農場無人農場核心示范區，通過無人機航空攝影測量制作1：1000高標準農田DLG數據，數據精度達到規范要求，數據成果應用于該農場數字化無人農場建設中。無人機測量平臺具有作業靈活，操作簡單的優點，在測繪領域得到了廣泛的應用，其中多旋翼無人機在小面積測圖的應用中更具有優勢。隨著無人機技術的進步以及測量設備的進步，相信今后會得到更廣泛的應用。

參考文獻

[1]張建霞，王留召，蔣金豹.基于數字影像的低空攝影測量研究[J].測繪通報，2008（12）：29—31.

[2] 萬剛.無人機測繪技術及應用[M].北京：測繪出版社.

[3]成李博，段平，李佳，姚永祥，李晨，王云川.基于無人機航攝影像的數字線劃圖生成方法[J].全球定位系統，2019，44（06）：86-91.

作者簡介：出生年月：1989年9月、性別：男、籍貫：河南省南陽市鎮平縣、學歷：本科、職稱：無、單位：上海聯適導航技術股份有限公司、單位郵編：201799、研究方向：高精度導航技術在農業方面的應用，包括農機自動駕駛、無人駕駛等

上海聯適導航技術股份有限公司 上海 201799