飛馬無人機(jī)在1:2000地形圖快速成圖中的應(yīng)用

一、項目背景

1.1項目介紹

我國內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)能資源豐富，其作為鄰近華北、東北和西北電網(wǎng)的負(fù)荷中心，是國家落實可再生能源發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)地區(qū)、是開發(fā)建設(shè)百萬及千萬千瓦級風(fēng)電基地的重要地區(qū)，被國家確定為“風(fēng)電三峽”基地。

為了保障風(fēng)電建設(shè)項目的順利實施，我司受甲方委托，協(xié)助甲方在20天內(nèi)完成了內(nèi)蒙古自治區(qū)某地1619平方公里的1：1000數(shù)字正射影像、1：1000數(shù)字高程模型、1：2000數(shù)字線劃圖的制作任務(wù)。該項目要求時效性強(qiáng)，因此所有成果為全新數(shù)據(jù)采集，非修補(bǔ)測。

圖1.1 1測區(qū)范圍

圖1.2 2測區(qū)范圍

1.2項目特點

（1）有人機(jī)因航高問題短時間內(nèi)無法審批，因此無法采用有人機(jī)作業(yè)。

（2）該地區(qū)常年風(fēng)力較大，且項目實施月份大風(fēng)、降雨等惡劣天氣較多，因此需要選擇抗風(fēng)性能好、效率高的無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

（3）該測區(qū)以草原地貌為主，無法選到適合的事后像控點位，而且牧民對草場非常重視，如果給草場帶來損害會造成不良影響，因此布設(shè)事前像控也較困難。

（4）在空三過程中，如果通過傳統(tǒng)刺像控點的方式進(jìn)行空三處理，需要耗費大量的選片刺點時間，增加了空三作業(yè)時間。

（5）該項目要求總工期為20天，包含前期的控制作業(yè)，且最終成果幾乎涵蓋了全部的4D產(chǎn)品，并要求統(tǒng)一提交。若采用傳統(tǒng)手段，僅完成DLG線劃圖一項就需要組織不少于80~100人的專業(yè)測圖隊伍，但實際投入人員僅有25人。

二、技術(shù)路線

圖2.1 技術(shù)路線流程圖

三、作業(yè)流程

3.1 控制測量

根據(jù)甲方需求，在測區(qū)范圍內(nèi)建立了一套D級GPS平面控制網(wǎng)，并提供國家西安80和國家CGCS2000兩套坐標(biāo)系統(tǒng)的控制成果。

3.1.1 控制點埋石

埋石按照技術(shù)要求規(guī)格制作，預(yù)制樁中心埋設(shè)7cm帶測量標(biāo)志的不銹鋼構(gòu)件。

圖3.1 控制點埋石

3.1.2 靜態(tài)觀測及處理

在靜態(tài)控制施測前，根據(jù)靜態(tài)控制網(wǎng)的布設(shè)方案、規(guī)模的大小、精度要求、衛(wèi)星星座的選擇、參與作業(yè)的GPS接收機(jī)數(shù)量以及后勤保障條件（交通、通信）等，制定了詳細(xì)的觀測計劃。

該項目外業(yè)靜態(tài)數(shù)據(jù)觀測共投入作業(yè)人員十二人，GPS接收機(jī)十二臺，共觀測了四十二個GPS點位，每天觀測三個時段，歷時三天完成了整個區(qū)域的靜態(tài)數(shù)據(jù)觀測和解算。

3.2 無人機(jī)外業(yè)采集

3.2.1 無人機(jī)選型

根據(jù)測區(qū)的實際情況，該項目最終選用了飛馬F300電動無人機(jī)作為飛行平臺。首先，該款無人機(jī)最大起飛重量小于7公斤，屬于輕型無人機(jī)，且具備第三方責(zé)任險，符合國家相關(guān)規(guī)定。其次，該款無人機(jī)支持RTKPPK融合技術(shù)，可以實現(xiàn)免像控作業(yè)，從而解決了內(nèi)蒙地區(qū)難以布設(shè)像控的困難。同時，該無人機(jī)在5級風(fēng)力情況下可以安全穩(wěn)定的飛行，適宜在該測區(qū)應(yīng)用。飛馬F300電動無人機(jī)搭載了SONY黑卡相機(jī)，該相機(jī)具備4200萬像素，可以滿足傳統(tǒng)立體測圖的需要。

表3.1 飛馬無人機(jī)技術(shù)參數(shù)表

3.2.2外業(yè)檢查點布設(shè)及采集

該項目選用的無人機(jī)機(jī)型，支持免像控功能，原則上不需要布設(shè)像控點。但是為了后期檢查成果精度的需要，在測區(qū)范圍內(nèi)，布設(shè)適當(dāng)?shù)臋z查點。為了提高作業(yè)效率，檢查點的布設(shè)與區(qū)域控制點的布設(shè)重疊，在控制測量觀測的同時，采集外業(yè)檢查點成果。

圖3.4 控制點和航測檢查點重疊觀測

3.2.3 影像數(shù)據(jù)采集

（1）地面布設(shè)相片精度檢查點

圖3.5 檢查點布設(shè)

（2）飛控軟件（地面站）設(shè)置

①飛行各項參數(shù)設(shè)置

圖3.6 飛行參數(shù)設(shè)置

②航線設(shè)置

圖3.7 航線規(guī)劃設(shè)置

（3）架次劃分

1測區(qū)F300無人機(jī)共計飛行45架次，合計飛行401平方公里。

2測區(qū)F300無人機(jī)共計飛行132架次，合計飛行約1225平方公里。

圖3.8 1測區(qū)各架次分布狀況

圖3.9 2測區(qū)各架次分布狀況

（4）無人機(jī)手拋起飛

圖3.10 無人機(jī)手拋起飛

（5）飛行質(zhì)量檢查

本項目飛行質(zhì)量較好，航線彎曲度較小，飛行時間都選在陽光充足、風(fēng)向穩(wěn)定的時段。

像片有效范圍覆蓋了技術(shù)設(shè)計要求的全部攝區(qū)。在航向上超出成圖范圍的基線均在一條以上，旁向上超出成圖范圍均為像幅的30%以上，全區(qū)無攝影絕對漏洞。航向重疊：一般在 75%左右，最小為 70%，最大達(dá) 80%，滿足成圖要求。旁向重疊：一般在 60%左右，最小為 55%，最大達(dá) 65%，滿足成圖要求。像對中像片旋偏角：一般小于 4°，有少數(shù)像對在 5°～7°之間。航線彎曲度：所有的彎曲度均小于 2%，符合設(shè)計要求。

3.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

3.3.1 內(nèi)業(yè)處理流程

圖3.11 內(nèi)業(yè)處理流程圖

3.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用無人機(jī)管家專業(yè)版軟件，該系統(tǒng)空三像點精度優(yōu)于 2/3 個像素，正射影像精度不大于3個像素，成圖精度滿足1:1000 DOM、1：1000DEM 和 1：2000DLG精度。

3.3.3 空三加密

采用無人機(jī)管家專業(yè)版軟件進(jìn)行空三加密，加密點誤差不大于3個像素?？杖用艹晒麧M足 1:2000 比例尺成圖要求：地物點位中誤差小于0.3m，高程中誤差小于0.5m。

圖3.12 檢查點預(yù)測

圖3.13 檢查點精度報告

3.3.4 DOM與DEM生產(chǎn)

采用無人機(jī)管家專業(yè)版軟件進(jìn)行DOMDEM的數(shù)據(jù)生產(chǎn)。通過生成密集點云得到正射影像成果，充分檢查落在建筑、大型植被等處的高程點云。利用飛馬智激光模塊分類過濾點云，輸出DEM。

圖3.14點云過濾后生成DEM

3.3.5 DLG生產(chǎn)

利用空三成果DOM及DEM，導(dǎo)入測圖軟件，手動采集地物地貌，智激光點云分類，導(dǎo)出等高線，用于地形圖編輯時作為輔助檢查和參照。

圖3.15生成等高線

圖3.16 生成等高線與修測等高線對比

四、航測精度情況

4.1 空三精度情況

表4.1精度檢查表

4.2 平面及高程精度情況

4.1平面精度情況

圖4.2高程精度情況

表4.2部分調(diào)繪點精度檢查

4.3 空三接邊精度檢查

4.3.1不同架次接邊位置平面精度檢查

圖4.3五架次接邊處影像

圖4.4六架次接邊處影像

4.3.2不同架次接邊位置高程精度檢查

圖4.5 五架次接邊處數(shù)字高程模型

圖4.6 六架次接邊處數(shù)字高程模型

五、總結(jié)

5.1飛馬F300無人機(jī)抗風(fēng)及續(xù)航性能

內(nèi)蒙地區(qū)8月份平均風(fēng)力在4級以上。在5級風(fēng)力情況下，飛馬F300無人機(jī)的飛行航時不低于1小時，航程57公里左右。在地面分辨率為8cm時，單架次作業(yè)面積在9.5平方公里左右。同時外業(yè)影像數(shù)據(jù)獲取的質(zhì)量穩(wěn)定，各架次間的精度滿足技術(shù)設(shè)計要求。

正是因為飛馬無人機(jī)的高效率，以及組裝過程的便捷性，使得在外業(yè)航測實施過程中，單架無人機(jī)一天可飛行十架次，總面積達(dá)100平方公里。本次項目共動用了四架飛馬F300無人機(jī)，實際耗時5天即完成了外業(yè)影像數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，為內(nèi)業(yè)工作爭取了大量的時間。

除此之外，由于飛馬F300無人機(jī)的智能化程度很高，在該項目中，飛手在外業(yè)飛行時，可以同時控制兩架無人機(jī)開展作業(yè)。這些都為項目的進(jìn)度提供了可靠的保障。

圖6.1外業(yè)飛行設(shè)置

5.2 飛馬F300在免像控中的優(yōu)勢

飛馬F300無人機(jī)免像控效果顯著，尤其本次項目需求1:2000線劃圖成果，經(jīng)過多方面精度的檢查，飛馬F300無人機(jī)免像控的成果精度，完全符合設(shè)計要求。相比傳統(tǒng)依靠地面像控點的作業(yè)方式，其節(jié)省了大量的外業(yè)像控采集的作業(yè)人員和作業(yè)時間，使得外業(yè)人員主要工作集中在外業(yè)調(diào)繪等工序中。同時免像控也大幅度提升了內(nèi)業(yè)空三的作業(yè)效率，減少了空三所占用的大量時間。

5.3 無人機(jī)管家專業(yè)版影像處理的優(yōu)勢

無人機(jī)管家專業(yè)版對于影像畸變的處理算法，使得空三成果精度得到有效保障。且在無人干預(yù)即不手動添加人工連接點的情況下，空三通過率較高。通過170多架次的空三解算來看，無人機(jī)管家專業(yè)版一次性滿足精度的通過率在98%以上。

5.4 無人機(jī)管家專業(yè)版在數(shù)據(jù)成果方面的優(yōu)勢

無人機(jī)管家專業(yè)版可以導(dǎo)出包括DOM、DSM、點云等成果。尤其是在DOM面積較大，成果文件大小超過2Gb時自動生成了金字塔。這樣在往測圖軟件導(dǎo)入過程中，就不需要額外等待建立金字塔的過程，以及漫長的加載過程，提高了內(nèi)業(yè)測圖的效率。

而伴隨著飛馬激光的應(yīng)用，無人機(jī)管家專業(yè)版中的點云分類、DEM生成、等高線生成等都為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集時提供了更加準(zhǔn)確和詳細(xì)的參考依據(jù)。在很大程度上提高了繪制等高線的效率。

六、成果照片

6.1 線劃圖成果與正射影像套合

圖6.1 部分DOM（正射影像）及DLG（線劃圖）

6.2 線劃圖成果與數(shù)字高程模型套合

圖6.2 部分DEM(數(shù)字高程模型)及DLG（線劃圖）