無人機在大比例尺地形測量中的應用

熊世旺

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

現以大疆精靈4RTK無人機配合pix4dmapper軟件和清華山維EPS軟件為例，介紹一下xx水電站吉介土棄土場1∶2000比例尺地形測量的方法。

1 大疆精靈4RTK無人機主要技術參數

型號 Phantom4RTK飛行時間 約30分鐘懸停精度 啟用RTK且RTK正常工作時：垂直：±0.1m；水平：±0.1m衛星定位模塊定位精度：垂直1.5cm+1ppm（RMS）；水平1cm+1ppm（RMS）1ppm是指飛行器每移動1km誤差增加1mm像素 有效像素2000萬（總像素2048萬）相機焦距8.8mm主要參數建圖精度：滿足GB/T7930-20081∶500地形圖航空攝影測量內業規范（簡稱“1∶500規范”）的精度要求地面采樣距離（GSD）： （H/36.5）cm/pixel，H為飛行器相對于拍攝場景的飛行高度（單位：米）采集效率：單次飛行最大作業面積約1km2 （飛行高度182m，即GSD約5cm/pixel，滿足1∶500規范要求）

2 測區的概況

XX水電站吉介土棄土場位于瀾滄江左岸電站壩址上游1.5km處。測區上下游長度約2km，左右岸寬度約0.4km，測圖面積約為0.8km2。測圖范圍內地形較為平坦，高差起伏不大，且植被已清除，居民已搬遷，房屋已拆除，對于使用無人機測量地形圖自然環境相對有利。

3 測前準備

3.1 像控點布設與測量

像控點的精度和數量直接影響到數據后處理的精度，所以像控點必須盡量規范、嚴格和精準。像控點盡量選擇在地勢平坦，不易破壞的地方。應避免樹木、電線、房角等容易被物體遮擋的地方，像控點標志物應與地表顏色應形成鮮明的對比，易于分辨。布設像控點的材料應選擇能夠持久存在的材料，如噴漆、膠帶等。距測區邊緣應有一定距離，防止距離邊緣較近，影響成圖精度。綜合上述本工程采用正規布點方法均勻布設在測區內，全野外布設了15個像控點。

像控點采用測區附近的高等級控制點作為起算點，經過復核無誤后，用GNSSRTK模式進行測量，基準站架設在測區中央或最高處，以保證數據鏈的無遮擋傳輸。設置基準站、移動站、求取轉換參數。在進行轉換參數的求取時，已知控制點的個數不小于3點，并且轉換參數的殘差值小于0.02m，像控點的觀測時間均大于60s。施測時應盡量檢測原有高等級或同等級控制點是否與原成果一致以作檢核，其目的是更好的保證像控點的點位精度。

3.2 外業航拍

①起飛前檢查；②檢查無人機和遙控器電量是否充足；③內存卡是否安裝好；④螺旋槳安裝是否牢固；⑤平板和遙控器是否通過數據線連接；⑥返航點是否刷新。

3.3 測區航線規劃

在外業數據采集前，本工程通過大疆精靈4RTK帶屏遙控器在APP上采用影測量2D（井字飛行）進行航線規劃航線。

3.4 無人機參數設置

根據測圖要求選擇相應的航拍高度和飛行重疊度。飛行高度和返航高度根據成圖比例尺的要求進行設定。本工程成圖比例尺為1∶2000即可滿足要求，所以，飛行高度確定為100m，航向重疊和旁向重疊均設置為85%。

4 攝影比例尺及航高確定

攝影比例尺與航高計算公式

式中m為航攝比例尺分母，f為相機的主距（焦距），H為航高。

大疆RTK無人機航高確定對比表

4.1 航測重疊度確定

重疊率一般選擇默認值，若測區實地起伏較大或建筑較多，可通過點擊“+”號加大重疊率值。但根據航測成圖要求：航向重疊不小于60%，旁向重疊不小與30%。真正射的重疊度要求：相鄰航片的重疊度不能小于85%。

4.2 執行飛行任務

測區以及參數設置完善之后，點擊“執行”，無人機自動檢測參數，參數正常后，飛行器即可自動起飛并執行任務。

4.3 返航

當執行完拍攝任務后，無人機會自動返航，自動返航過程中，可通過短按遙控器上的強制返航按鍵取消自動返航。

5 數據處理

航拍完成后，利用pix4dmapper軟件，對影片進行處理，按照軟件操作流程即可實現自動處理生成數字正射影像圖（DOM）、數字高程模型 （DEM）、數字表面模型 （DSM）文件。

pix4dmapper軟件操作流程：

建立工程→加入影像資料→設置影像屬性（包括圖像坐標系和地理定位和方向和相機型號）→加入外業控制點（1個控制點至少在2張相片上標出來，通常標注在3-8張圖像上）→全自動處理→質量報告分析→點云以及正射影像編輯輸出。

6 垂直攝影三維測圖

清華三維EPS三維測圖系統可實現基于DOM和DSM的垂直攝影三維測圖，支持DOM與DEM疊加生成實景三維模型，支持多窗口同步測圖，二三維聯動，支持輪廓線自動提取等功能。

操作流程

新建EPS工程→生成垂直攝影模型→加載垂直攝影模型→加載超大影像→數據采集→數據檢查（合格）→數據輸出。

6.1 生成垂直攝影模型

基于pix4dmapper生成的DOM和DEM生成實景三維模型DSM，生成過程自動構建，保證大數據實景模型的流暢顯示，DOM和DEM必須是同名的”.TFW”坐標文件。

6.2 加載垂直攝影模型

加載DSM實景表面模型：在三維窗口加載DSM實景表面模型，選擇同目錄下生成的DSM文件。

6.3 加載超大影像

加載超大影像支持加載超大的數據影像，加載后第一次轉換會自動創建一個OVR格式的和TIFF同名的文件。

加載超大影像時選擇DOM （目錄下要有同名的TFW 坐標文件）正射影像數據，加載到二維窗口。

6.4 高程點的采集

自動提取垂直模型高程點（EPS提供了點選，線選，面選的方式提取高程點），可根據實際需要，自主選擇高程點提取的方法。

通過EPS的自帶功能，依次采集房屋和道路和其他地物數據后。輸出CASS數據文件，即可得到我們想要的工程地形圖。

6.5 質量檢查

地形圖生成后，采用RTK進行實地數據采集檢查，主要包括了邊長采集、碎部點采集等方法進行，根據采集的數據與EPS生成的地形圖進行對比，檢查數學精度，具體方法為：將采集的平面坐標展點上圖，量取地形圖上的同點坐標，通過對比，計算誤差統計地形圖平面或高程絕對位置中誤差。本工程共檢查了50點，圖上地物點相對于臨近的圖根點的地形圖精度均滿足圖上地物點點位中誤差±0.5mm，高程中誤差±1/3hd的要求。

7 結語

隨著無人機技術不斷成熟和相應處理軟件的不斷更新，無人機航測法在在工程中得到了得到了廣泛應用和推廣。采用無人機測繪和傳統測量的方法比較，具有精度高，效率高和低成本的優點。無人機測繪將取代傳統測繪，將成為測量新時代。