張強(qiáng)

摘? 要：為解決無人機(jī)航測(cè)區(qū)域地形高差大導(dǎo)致的空三無法通過或者任務(wù)實(shí)施困難等情況，多家無人機(jī)廠商提供無人機(jī)仿地飛行功能。文章主要通過無人機(jī)仿地飛行航測(cè)成果，配合全站儀、RTK外業(yè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及已有地形圖數(shù)據(jù)，對(duì)無人機(jī)仿地飛行這種在航線形態(tài)上與常規(guī)作業(yè)方式完全不同作業(yè)方式在作業(yè)效率、精度等方面進(jìn)行測(cè)試。

關(guān)鍵詞：仿地飛行;傾斜攝影測(cè)量;像控點(diǎn);傾斜模型;精度評(píng)定

中圖分類號(hào)：P231? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）07-0179-02

Abstract： In order to solve the situation that the aerial three can't pass or the mission is difficult to implement due to the large terrain height difference in the aerial survey area of UAV， many UAV manufacturers provide the ground simulation function of UAV. In this paper， the UAV Ground flight simulation is tested in terms of operational efficiency and accuracy， which is totally different from the conventional operation mode in terms of route form， mainly through the aerial survey results of UAV Ground flight simulation， combined with the field measurement data of total station， RTK and the existing topographic map data.

Keywords： ground imitation flight; tilt photogrammetry; image control point; tilt model; accuracy evaluation

仿地飛行，是指無人機(jī)在航測(cè)作業(yè)過程中，航線實(shí)時(shí)與三維地形保持相對(duì)固定高差。使無人機(jī)能夠適應(yīng)不同的地形環(huán)境，根據(jù)地形執(zhí)行變高航線，保持重疊率與地面分辨率不受地形變化影響。

1 項(xiàng)目概況

漳浦朝陽水庫工程位于漳州市漳浦縣南埔鄉(xiāng)西北方向約5km。測(cè)區(qū)地勢(shì)狹長(zhǎng)，最大高差約180米，且河道彎曲，周邊存在較多高于測(cè)區(qū)最大高度的山頭，屬山地類型。測(cè)區(qū)面積約為2.23km2，為保障影像全覆蓋進(jìn)行外擴(kuò)后航線面積約為3.8平方公里。其中測(cè)區(qū)2.3km2已有2012年實(shí)測(cè)1：500地形圖，作為修測(cè)底圖使用。

2 技術(shù)路線

2.1 機(jī)型選擇

針對(duì)項(xiàng)目高差情況以及考慮測(cè)試成本，本次選用的無人機(jī)為大疆精靈4RTK無人機(jī)，數(shù)量?jī)商?。地面站軟件為GSRTK APP，安裝在帶屏遙控器上，使用方便。同時(shí)大疆精靈4RTK無人機(jī)屬于低空、民用、微型多旋翼無人機(jī)，機(jī)身自帶FC6310R相機(jī)，總重1391g。

為了得到穩(wěn)定、高精度的POS數(shù)據(jù)，在本次測(cè)試中千尋實(shí)時(shí)差分成果只作為定位導(dǎo)航使用。POS坐標(biāo)獲取采用PPK模式解算?；具x擇中海達(dá)生產(chǎn)的UBASE，軟件使用比遜電子科技有限公司的UAV-PPK。

2.2 作業(yè)流程

仿地飛行無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量與傳統(tǒng)傾斜攝影航攝的作業(yè)流程，主要區(qū)別都集中在航線規(guī)劃方面，航線規(guī)劃設(shè)計(jì)需要已有的地形地貌數(shù)據(jù)作為航線計(jì)算支撐。

本項(xiàng)目主要使用的空三建模軟件為Context Capture Center，成圖軟件為EPS地理信息工作站結(jié)合南方CASS實(shí)現(xiàn)。整個(gè)流程包含飛前數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、航線規(guī)劃、相控點(diǎn)測(cè)量、無人機(jī)航拍、數(shù)據(jù)處理及模型生產(chǎn)、外業(yè)調(diào)繪、數(shù)字線劃圖成圖七個(gè)部分。

3 項(xiàng)目實(shí)施

3.1 項(xiàng)目目標(biāo)

（1）對(duì)原有1：500地形圖進(jìn)行修測(cè)，提供合格的、滿足漳浦朝陽水庫工程項(xiàng)目使用的地形圖。測(cè)試飛行作業(yè)方式的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定性。

（2）測(cè)試由無人機(jī)傾斜攝影仿地飛行作業(yè)方式生產(chǎn)的，3cm地面分辨率的傾斜模型平面、高程精度是否達(dá)到1：500地形圖要求。

3.2 飛行作業(yè)前準(zhǔn)備工作

3.2.1 DEM模型

第一步，利用已有1：500地形圖結(jié)合1：10000地形圖高程數(shù)據(jù)，建立5m分辨率的DEM模型。DEM模型覆蓋全測(cè)區(qū)并向外延伸30。最后將85高程系統(tǒng)的DEM數(shù)據(jù)換算為橢球高。

第二步，為了避免無線電通信被山體阻隔而造成飛行器失聯(lián)，將DEM進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)間重疊50m。分區(qū)依據(jù)主要考慮的因素有：起飛點(diǎn)、地形高差、山脊線。

3.2.2 航線規(guī)劃

以DEM分區(qū)情況為基礎(chǔ)，結(jié)合仿地飛行模式進(jìn)行航線設(shè)計(jì)。由于精靈4RTK是單鏡頭平臺(tái)，所以正射、傾斜相片需要分航次進(jìn)行采集。如要完成本次任務(wù)，無人機(jī)行高較低。

3.3 像控點(diǎn)測(cè)量

由于使用高精度POS坐標(biāo)進(jìn)行解算，像控點(diǎn)數(shù)量做了適當(dāng)?shù)臏p少，像控點(diǎn)間間隔不超過600米（20000像素）。測(cè)區(qū)共布設(shè)24個(gè)像控點(diǎn)，12個(gè)像控檢查點(diǎn)。

3.4 無人機(jī)航拍

每航次作業(yè)均對(duì)硬件設(shè)備、地面站參數(shù)進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后方可起飛。相機(jī)設(shè)置，精靈4RTK FC6310相機(jī)采用8.8mm鏡頭，本次測(cè)試相機(jī)參數(shù)為：IS0值100～200;快門速度為1/500～1/840;光圈5.6。最大像點(diǎn)位移為1.5cm，小于等于0.5個(gè)像素要求（3cm*0.5）。

本次項(xiàng)目在同時(shí)使用兩套精靈4RTK無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)的情況下，共耗時(shí)11個(gè)小時(shí)（跨度兩天）完成任務(wù)。共飛行49個(gè)架次，獲取照片數(shù)量17618張，數(shù)據(jù)完整，質(zhì)量合格。

3.5 數(shù)據(jù)處理及模型生產(chǎn)

數(shù)據(jù)處理及模型生產(chǎn)均采用Context Capture Center軟件進(jìn)行，將照片和POS數(shù)據(jù)及相機(jī)檢校參數(shù)導(dǎo)入軟件，提交空三計(jì)算。通過后，加入24個(gè)像控點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行刺點(diǎn)，進(jìn)行空三計(jì)算?？杖Y(jié)果合格后，進(jìn)入模型重建生產(chǎn)環(huán)節(jié)。為了后期提供EPS平臺(tái)成圖，傾斜模型格式采用OSGB格式?；玖鞒倘缦拢狐c(diǎn)云數(shù)據(jù)生產(chǎn);點(diǎn)云構(gòu)TIN;TIN生成白模型;紋理自動(dòng)映射生成模型。

3.6 數(shù)字線劃圖成圖

以EPS2016地理信息工作站為矢量繪圖平臺(tái)，利用傾斜攝影模型進(jìn)行高精度地形數(shù)據(jù)的矢量采集工作，無需佩戴立體眼鏡，可直接在模型上進(jìn)行矢量采集，屬性編輯，并形成數(shù)字線劃地形圖。結(jié)合外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)與原有1：500地形圖進(jìn)行成圖工作。

4 精度分析

測(cè)區(qū)共采集24個(gè)像控點(diǎn)成果，12檢查點(diǎn)成果，其中22像控點(diǎn)參與刺點(diǎn)平差，12個(gè)檢查點(diǎn)全部用于質(zhì)量檢查，空三質(zhì)量合格，滿足項(xiàng)目生產(chǎn)需求。具體較差結(jié)果如表2顯示。

5 結(jié)論

通過仿地飛行在無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在漳浦朝陽水庫工程1：500地形圖修測(cè)項(xiàng)目中的應(yīng)用，仿地飛行航測(cè)成果精度達(dá)到了1：500數(shù)字航空攝影測(cè)量空中三角測(cè)量、地形圖規(guī)范要求，仿地飛行航測(cè)方案，可以為大比例尺地形圖數(shù)據(jù)采集提供新的技術(shù)選擇路線。相比原有的飛行方式，仿地飛行在作業(yè)成本、作業(yè)效率以及成果精度上都有顯著提升。

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