無人機UASMaster系統(tǒng)在高速公路土地定界中的應用

劉 丹，曹千紅，張碩陽

(湖北省國土資源研究院，湖北 武漢 430000)

土地勘測定界是實地確定土地使用界線范圍，測定界樁位置，調繪土地利用現(xiàn)狀，計算用地面積，為國土資源行政主管部門用地審批和地籍管理等提供科學、準確的基礎資料而進行的技術服務性工作。

傳統(tǒng)的土地勘測定界主要通過人工實地測量，由于測區(qū)一般比較復雜，有些區(qū)域人工難以到達，現(xiàn)場測量困難，外業(yè)工作量大。隨著3S技術的發(fā)展，利用無人機平臺進行航空攝影測量，具有機動靈活、影像獲取快速、成本低、分辨率高等優(yōu)點，彌補了人工實測的不足。

1 無人機系統(tǒng)組成及其應用

無人機航攝系統(tǒng)是以無人機為飛行平臺，利用高分辨率相機獲取影像數(shù)據(jù)，通過飛行控制和GPS實現(xiàn)自主導航獲取影像數(shù)據(jù)。其主要組成包括：無人機航攝平臺、高分辨率相機、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收及處理系統(tǒng)等。其主要功能為進行低空、小范圍、實時快速的航空攝影，以獲取高分辨率影像。

2 無人機遙感在土地勘測定界中的應用

2.1 項目區(qū)概況

大悟縣位于湖北省東北部，西北接河南省信陽市轄區(qū)平橋區(qū)，北鄰信陽市羅山縣，東北接信陽市光山縣，東鄰信陽市新縣，面積1 978.9 km2。全縣溪澗、河流交錯穿插，地形較為復雜。最高點為五岳山，海拔865 m，最低點為芳畈鎮(zhèn)的趙家河，河口鎮(zhèn)南的兩河口，海拔40 m。

本次研究的項目為高速公路土地勘測定界項目，項目區(qū)東至大悟縣河口鎮(zhèn)，西至大悟縣芳畈鎮(zhèn)，途經(jīng)劉集鎮(zhèn)、夏店鎮(zhèn)，全長約39 km，道路最寬處約90 m，面積約3500畝。項目區(qū)多為丘陵地形，植被較為茂密，測區(qū)落差大致為40 m，無人機起降場地均集中在項目區(qū)中間半徑為60 m的平地上。

2.2 外業(yè)像控點的布設

由于該項目區(qū)為丘陵地形，項目區(qū)灌木層生，很多區(qū)域無法找到明顯的地面控制點，但為了提高成果的精度質量，采取先布點后航測的作業(yè)方式。

2.2.1 布點方式

根據(jù)航攝比例尺及成果精度的要求，攝影基線長為102 m，按8條基線布點即每隔800 m布設一個像控點。像控點的布設采用區(qū)域網(wǎng)周邊角點布點的方法進行布設，而且區(qū)域內最高點和最低點均分別布點。具體布點情況如圖1所示。

圖1 項目區(qū)布點方案

2.2.2 選點的原則

像控點的選取位置會影響后期空三加密解算的精度，進而影響成果質量，因此，像控點一般選取在影像上能夠明顯辨別的地方。如平頂房角、圍墻的內外拐角、水池角、地塊角、直徑小于0.2 m的點狀地物中心等。為了便于內業(yè)像控點的加密，在外業(yè)測量時需畫好像控點的點位草圖，并使用數(shù)碼相機距離(1～3 m)進行現(xiàn)場拍攝照片，記錄像控點的刺點位置。

當項目區(qū)無明顯的地物點時，需進行人工地面布標，經(jīng)過反復試驗決定采用膩子粉做成的一個對角的三角形(1 m×1 m，如圖2所示)進行布標。

圖2 用膩子粉人工地面布標

2.2.3 像控點的測量

像控點測量采用HB-CORS連續(xù)運行衛(wèi)星測量，通過靜態(tài)直接解算出七參數(shù)直接采用RTK快速觀測測量出像控點網(wǎng)格坐標。

2.3 內業(yè)數(shù)據(jù)處理

2.3.1 UASMaster簡介

UASMaster攝影測量系統(tǒng)是美國Trimble公司的航空攝影測量與遙感處理軟件，其可以全面系統(tǒng)地處理航測遙感、激光、雷達等數(shù)據(jù)，并且?guī)缀蹩梢蕴幚韽墓潭ㄒ盹w機到直升機，甚至于測量氣球和其他類型的無人機數(shù)據(jù)。

2.3.2 工作流程簡介

無人機航攝單架次可獲取500張左右影像，數(shù)據(jù)量超3 GB，除了需要專業(yè)的攝影測量工作站硬件支持外，還需要針對其影像特點、相機參數(shù)、飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)及相關幾何模型，通過空三加密軟件，對無人機影像進行圖像的幾何糾正配準和鑲嵌勻色，實現(xiàn)影像的快速拼接，最后生成正射影像圖。該項目內業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件主要采用天寶無人機處理軟件Trimble Business Center(UASmaster8.1)進行空三加密；采用武漢航天遠景相機(Mapmatrix)進行去畸變參數(shù)檢校；采用武漢航天遠景DLG采集軟件(Mapmatrix Featureone)采集DLG矢量圖，使用武漢航天遠景易拼圖(EPT)勻光勻色并生產真正射。具體處理流程如圖3所示。

圖3 內業(yè)數(shù)據(jù)處理流程圖

2.3.3 利用Mapmatrix去除影像畸變

由于使用的是非量測專用相機，無人機必須使用相關軟件去除影像畸變并且讓像主點歸零，以免使用未去畸變影像而影響測圖精度，如圖4所示。

圖4 Mapmatrix去畸變工具

2.3.4 使用UASMaster8.1進行空三加密

使用第三方軟件提前將機載POS信息的原始經(jīng)緯度轉換為1980西安坐標，可以方便在UASmaster新建航飛工程。

由于在建立UAS工程時均使用去畸變影像，因此,在UAS相機參數(shù)的設置上只填寫傳感器大小、焦距和像元大小，其他改正參數(shù)均不使用。

在UAS Measurement中首先點擊Acquire Tie Point(提取連接點)，軟件會自動提取連接點，并計算連接點殘差，通過手工編輯連接點刪除殘差明顯超限的連接點，在連接點數(shù)目不足的情況下也可以通過手工加入連接點來提高整體精度。然后通過Measure GCPS進行刺點，最后在點狀態(tài)上將點選為控制點或檢查點。HV為水平和垂直控制點，CHV為水平和垂直檢查點，如圖5所示。

圖5 測量控制點

刺點完畢后點擊Adjustment Default進行平差，并可以查看精度報告，此報告僅為參考。真正的精度應使用立體查看，如圖6所示。

圖6 UASMaster報告

有時為了獲得更多的有效數(shù)據(jù)，可以通過提取點云來分析地表模型，點云會通過顯示不同的顏色來區(qū)分和分類，如建筑點云、地表點云或植被點云，如圖7所示。

生成正射影像后可以使用Image Analysis直接無縫對接到易康中進行圖像分析，如監(jiān)督分類。

最后將工程導出成Z/I(鷹圖)工程格式，為測圖操作做準備。

圖7 UASMaster真彩色點云

2.3.5 使用Mapmatrix制作DLG、DEM和精度驗證

將Z/I工程導入Mapmatrix并創(chuàng)建立體像對。通過導入的控制點在實時核線中量測控制點來判斷真實精度及航飛質量。

3 成果應用

圖8為項目區(qū)影像局部截圖，從影像圖上可以清晰地看到已開挖的邊溝，項目區(qū)內的地形、地類能夠很直觀地反映出來，在室內就可以對地形地類進行預判。

圖8 DOM局部截圖

圖9為項目區(qū)地形圖局部截圖，從地形圖上可以提取拐點坐標，量取地塊面積，計算施工區(qū)土石方量等。

圖9 DLG局部截圖