無人機航測技術在某公園地形測量中的應用

余廣勤

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

傳統的人工測繪不靈活、受測區地形影響比較大、測量時間長、需要花費大量的人工。因此，我們急需采用一種機動靈活、費用低、工期短、節省人力、精度均勻的辦法來解決因地形復雜人工無法測繪等問題已迫在眉睫。

1 工程概況

王家山森林運動公園規劃需要進行1∶1 000地形圖測繪，等高距1 m，成圖面積0.8 km2，地形為山區地帶，平面坐標系統為CGCS2000國家坐標系，高程基準為1985國家高程基準。

本項目特點：1)部分測區灌木密集，人工測量難度大；2)施工區人員與機械設備一同作業，易發生危險；3)任務急時間緊。為解決以上問題，創新測繪技術手段，以王家山森林運動公園項目為背景，進行無人機航空攝影技術的研究。

2 無人機航測的技術路線

無人機航測技術路線流程圖見圖1。

3 作業流程

無人機航測作業流程主要分為無人機航測和無人機內業數據處理兩大部分。

3.1 無人機航測

1)資料收集，確定測區范圍。

2)測區范圍航線規劃。

根據項目任務書，使用無人機管家專業版軟件的航線規劃功能，將測區范圍導入航線設計軟件中，根據測區實際情況進行航攝技術設計。航向和旁向重疊率均設置為75%，相對航高設置為200 m，地面分辨率優于0.08 m，共獲取676張影像，預計飛行35 min，共計2個架次，航線規劃圖見圖2。

3)像控點及檢查點布設與施測。

根據無人機管家軟件內置的谷歌影像，布設像控點及檢查點，利用手機版奧維進行導航定位。像控點一般選擇在影像上容易辨別又能在實地準確測量的明顯地物點，或者撒約1 m長的L形白灰標志，并進行編號。本項目外業控制測量平面坐標系統采用CGCS2000國家坐標系，高斯3度帶正形投影，高程采用1985國家高程基準。采用CORS-RTK進行像控點及檢查點的施測，獨立采集2個測回，共布設像控點6個，檢查點10個。

4)航空攝影作業。

在天氣符合飛行作業要求的情況下，到達起飛點，起飛前對無人機進行全面檢查，確保安全后方可起飛作業。起飛成功進入預定航線，作業過程中實時監控無人機狀況參數，關注電池電量、飛行姿態、航高及速度。外業航飛完成后，及時對航攝影像進行檢查和整理，確保信息完整，影像清晰并及時下載影像。

5)外業調繪。

影像調繪采用內外業結合的方法，對測區內居民地、水系設施、交通要素、管線等進行調查和補測。

3.2 無人機航測數據處理

1)影像數據導入。

打開數據處理軟件Pix4d，新建工程，加入全部影像，設置影像屬性。

2)快速處理檢查。

點運行，選擇本地處理，勾選初步處理和快速檢測，點開始，軟件運行完成后，可以查看快速處理的成果，是否存在像片間重疊度不夠或者質量太差等問題。

3)加入控制點。

使用像控點編輯器加入控制點，并由軟件自動完成初步處理。

4)一鍵式自動化處理。

在開始處理前需要進行一些設置(一般都選默認設置)，全自動處理包括初始化設置、點云加密、數字表面模型DSM和正射影像DOM生成，通過生成密集點云得到正射影像成果。

5)點云及正射影像輸出。

編輯點云數據，可直接獲取高程點數據；通過調整拼接線、投影切換、混合影像，便可生成最終的正射影像成果。正射影像圖見圖3。

6)DLG生產。

無人機航測生產數字線劃圖，主要基于航測后處理軟件生成的DOM數據信息來采集地物、地貌、高程等地理信息數據，目前主要有兩種方法：一是通過正射影像直接采集，二是通過立體測繪進行采集。通過正射影像直接采集的方式是利用數字正射影像.TIF文件本身帶有正確的坐標信息和與實際相符的比例因子，具體做法是將.TIF影像文件插入CASS10軟件，通過對影像底圖的判別，再按CASS做圖習慣完成數字地形圖的制作(見圖4)。由于CASS軟件的應用比較普及，所以這種方法對作業人員來說簡單易學，采集效率高，但對個別地物、地貌判別不準確，成圖后需要對判別不準確的地物、地貌進行外業調查。

4 航測精度

4.1 空三精度

檢查點的精度對比見表1。

表1 檢查點的精度對比表

4.2 平面及高程精度

采用人工實測碎步點的方法，對部分房角、地面高進行檢驗，誤差均在1∶1 000地形圖比例尺限差范圍內，滿足數字化測圖精度要求，見表2。

表2 地形碎步點

5 結論

采用無人機航空攝影進行地形圖的測繪，解決了因地形復雜人工無法測繪等問題，獲得的成果資料能夠滿足規范要求，達到1∶1 000地形圖精度指標，為無人機航測技術積累了經驗，并得出以下結論：

1)機動靈活，受測區地形影響小。

對起降場地的要求小，特別是多旋翼無人機，1 min可實現垂直起降，無需專用場地，操作便捷，能夠解決人工無法到達的復雜環境進行作業。

2)費用低。

使用無人機航空攝影測量技術，大大減少傳統數字化測圖的外業工作量，外業調繪量平均可降低70%以上，改變了傳統測繪工作模式，航測費用大約是人測費用的1/10。

3)工期短，節省人力。

4)精度均勻，成果直觀。