無人機低空攝影測量系統(tǒng)在水利工程測量中的應用

王春生，楊魯強，王 楊，魏傳喜，任江龍

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222)

一、概 述

無人機低空攝影測量系統(tǒng)包括飛行平臺、飛行導航與控制系統(tǒng)(簡稱飛控系統(tǒng))、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)碼攝像設備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、地面保障設備。

該系統(tǒng)可廣泛應用于土地利用動態(tài)監(jiān)測、礦產(chǎn)資源勘探、地質環(huán)境與災害勘查、海洋資源與環(huán)境監(jiān)測、林業(yè)草場監(jiān)測等領域，也可在水利工程測量中應用。本文以在水利工程測量中采用無人機低空攝影測量系統(tǒng)為例，介紹其實施方案并分享成功經(jīng)驗。

作業(yè)設計需根據(jù)地面分辨率、航攝范圍的要求、航攝時間、航線布設、影像重疊度、分區(qū)等作業(yè)情況及要求進行設計。

二、作業(yè)方案

筆者所在單位在某水利工程測繪任務中采用了無人機低空攝影測量系統(tǒng)共實施了7個架次的飛行工作，飛行設計航線見圖1。該工程的平面控制布設了四等GPS網(wǎng)，共埋設24個GPS標石點，聯(lián)測3個國家三角點;高程控制采用四、五等幾何水準測量成果;像控點采用區(qū)域網(wǎng)布設方案，航向相鄰像控點的跨度8～12條基線，像控點一般布設在航向及旁向六片或五片重疊范圍內(nèi);采用GPS-RTK方式聯(lián)測像控點三維坐標。測量時置信度設置在99．9%，在固定解狀態(tài)HRMS≤0．02 m且VRMS≤0．02 m時進行數(shù)據(jù)采集，最終采用兩次測量值均值作為像控點最終成果。航空攝影采用無人機，實施了7個架次的航攝，航攝儀采用Canon 5DMarkII，地面分辨率為17 cm;航測內(nèi)業(yè)空三加密采用Inpho，采用VirtuoZo NT 3．5采集地形地物要素，結合航外調(diào)繪資料采用南方CASS9．1地形地籍成圖軟件編輯成圖，輸出最終成果。具體工作流程見圖2。

圖1 工作流程圖

三、實施概述

以筆者所在單位在某水利工程測量中運用的無人機航攝系統(tǒng)為例，簡要介紹無人機航攝系統(tǒng)在工程測量中的配置、航飛成果及空中三角測量等情況。

1．低空攝影測量

工程實施過程中采用的航攝儀是Canon EOS 5D MarkⅡ，共進行了7個架次的航攝，累計航線數(shù)36條、相片張數(shù)3383張，航飛成果統(tǒng)計見表1。

表1 各攝區(qū)航飛成果統(tǒng)計

像片傾斜角小于4．5°，旋偏角小于15°，航線彎曲度小于3%。實際航線偏離設計航線不大于像片上1 cm。同航線高差小于30 m，實際與設計航向小于30 m。像片位移誤差小于30m。

由上可知無人機航攝成果飛行質量和攝影質量等各項指標均合格。

2．空中三角測量

利用像控片(JPG格式)、點之記說明(JPG格式)、像控點成果(XLS格式)、帶展點號及范圍線的結合圖(DWG)等資料，在VirtuoZo數(shù)字攝影測量工作站采用Inpho軟件進行空中三角測量加密。由于工期緊迫為了緊趕進度，在加密時進行了分區(qū)加密，各個區(qū)域獨立成圖以提高作業(yè)效率。其中，第1～第5架次單獨組成區(qū)域網(wǎng)進行加密解算，測區(qū)名稱分別為 Sub01 、Sub002 、Sub003、Sub004B、Sub005B;第6架次分了3個區(qū)域，第1和第2區(qū)域分別組成區(qū)域網(wǎng)進行加密解算，測區(qū)名稱為Sub06_1、Sub06_2;第3個區(qū)域與第7架次組成區(qū)域網(wǎng)進行加密解算，測區(qū)名稱為Sub07_0603。

(1)加密流程

空三加密的流程如圖3所示。

(2)加密點量測和解算

空三加密點采用計算機自動匹配。內(nèi)業(yè)加密點盡量布滿像片全部范圍，6°重疊的航帶連接點每張像片不少于3個。按3×3標準位置選點，每個區(qū)域標準點數(shù)量不少于3個，并盡可能地將模型連接差和航帶連接差降到最低，加強圖形構網(wǎng)強度的檢查，在少點位置予以補點。因為航片航攝比例尺平均為1∶23 000的航片，所以對于加密使用的人工點的切準精度，均經(jīng)過第二人的切準核實，以提高切準的可靠性。

圖3 空三加密的流程圖

(3)平差解算

運用Inpho自帶平差軟件解算，進行區(qū)域網(wǎng)平差。通過剔除粗差、迭代計算、人工編輯盡可能地提高精度。

(4)質量控制

空三加密主要檢查的內(nèi)容：航片畸變改正、信息文件設置、相機文件設置、像點匹配、航帶連接、外業(yè)像控點的轉刺以及平差處理等。

(5)質量檢查

1)模型連接精度統(tǒng)計見表2。項目空中三角測量報告統(tǒng)計出模型連接的平面位置較差最大值是0．313m，最小值是 0．066 m;高程較差最大值是0．162m，最小值是0．035 m，說明模型連接的精度較高，滿足規(guī)范要求。

表2 模型連接較差統(tǒng)計表m

2)本項目空三加密精度統(tǒng)計(1/5000成圖)見表3。

表3 空三加密精度統(tǒng)計(1/5000成圖)表 m

經(jīng)統(tǒng)計空三加密測量成果符合規(guī)范要求。表3說明成圖精度可靠，完全滿足工程需要，符合規(guī)范要求。立體模型檢測圖幅等高線高程中誤差統(tǒng)計見表4。通過上述各項統(tǒng)計說明，無人機低空攝影測量系統(tǒng)在該水利工程測量中的應用是成功的。

表4 立體模型檢測圖幅等高線高程中誤差統(tǒng)計表m

四、結束語

無人機低空攝影測量系統(tǒng)應用廣泛且靈活、投入成本較小經(jīng)濟效益可觀;該技術對于1∶5000、1∶10 000地形圖測量的精度完全能夠滿足，在作業(yè)中因像控點布設的不同、模型分區(qū)的不同等因素將會產(chǎn)生不同的結果，作業(yè)中需注意接邊誤差，盡量采用Inpho軟件自動處理，配合人工匹配、人工檢查使空三成果更加可靠。

(略)