無(wú)人機(jī)制作1∶500線劃圖的技術(shù)與應(yīng)用

楊 新 國(guó)

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 寶雞 721001)

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無(wú)人機(jī)制作1∶500線劃圖的技術(shù)與應(yīng)用

楊 新 國(guó)

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 寶雞 721001)

根據(jù)拓普康天狼星無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)和性能，說(shuō)明了該機(jī)型制作1∶500線劃圖的流程及成圖質(zhì)量控制要點(diǎn)，并以該無(wú)人機(jī)在寶蘭客運(yùn)專(zhuān)線寶雞馮家塬制作大比例尺地形圖測(cè)試，驗(yàn)證了采用無(wú)人機(jī)制作大比例地形圖的可行性和可靠性。

無(wú)人機(jī)，地形圖，成圖質(zhì)量

0 引言

隨著測(cè)繪科技的發(fā)展，測(cè)量手段日新月異，傳統(tǒng)的人工智能化數(shù)字測(cè)圖技術(shù)逐漸跟不上時(shí)代的節(jié)奏，無(wú)人機(jī)航測(cè)制圖技術(shù)日趨發(fā)展成熟，逐漸取代傳統(tǒng)的低效率的人工測(cè)圖作業(yè)方式。拓普康天狼星無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感作為一種新型的低空遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，作為高空衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、中低空普通航空遙感的有效補(bǔ)充，具有響應(yīng)速度快、精細(xì)度高、使用成本低、操作培訓(xùn)簡(jiǎn)便的技術(shù)特點(diǎn)，在多云多霧、影像獲取困難、人力難以到達(dá)等地區(qū)應(yīng)用，具有明顯的可操作性?xún)?yōu)勢(shì)。為了證明該型無(wú)人機(jī)的成圖質(zhì)量，本項(xiàng)目選取了寶蘭客運(yùn)專(zhuān)線約1 km2進(jìn)行1∶500地形圖制作，分析該無(wú)人機(jī)航攝成圖成果的可靠性。

1 拓普康天狼星無(wú)人機(jī)介紹

拓普康天狼星無(wú)人機(jī)由美國(guó)拓普康定位系統(tǒng)公司(簡(jiǎn)稱(chēng)TPS)聯(lián)合德國(guó)瑪芬奇MAVINCI共同研發(fā)并生產(chǎn)，結(jié)合瑪芬奇在無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在全球無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面多年的領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢(shì)，率先推出了全球第一臺(tái)內(nèi)置RTK實(shí)時(shí)測(cè)量的無(wú)人機(jī)航空攝影平臺(tái)，顛覆了傳統(tǒng)航測(cè)大量布設(shè)地面控制點(diǎn)的作業(yè)流程，在無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量領(lǐng)域，引起廣泛關(guān)注，得到高度好評(píng)。

1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)高度集成，一體化程度高度融合，主要由系統(tǒng)硬件設(shè)備、影像處理系統(tǒng)、信息分析系統(tǒng)、業(yè)務(wù)運(yùn)行保障系統(tǒng)等組成。

1)系統(tǒng)硬件設(shè)備：無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)；遙感任務(wù)設(shè)備、任務(wù)設(shè)備穩(wěn)定裝置、影像位置和姿態(tài)采集系統(tǒng)等。

2)影像處理系統(tǒng)：影像數(shù)據(jù)快速檢查、糾正、拼接；DOM，DEM，DLG生產(chǎn)等。

3)信息分析系統(tǒng)：信息提取、信息分析、報(bào)告自動(dòng)生成、數(shù)據(jù)管理與檢索等。

4)業(yè)務(wù)運(yùn)行保障系統(tǒng)：野外裝備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、與各領(lǐng)域業(yè)務(wù)運(yùn)行相結(jié)合的軟件開(kāi)發(fā)和技術(shù)流程制定。

1.2 設(shè)備構(gòu)造

拓普康天狼星無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.3 航攝遙感作業(yè)基本流程

航攝作業(yè)基本流程：1)技術(shù)準(zhǔn)備；2)場(chǎng)地選擇；3)設(shè)備檢查；4)飛行操控；5)飛行質(zhì)量檢查；6)資料整理；7)成果移交。

1.4 主要技術(shù)指標(biāo)

1)影像分辨率：可達(dá)到1.7 cm；2)成圖精度：比例尺1∶500，1∶1 000，1∶2 000；3)監(jiān)測(cè)效率：2 km2/h～5 km2/h(影像分辨率5 cm時(shí))；4)無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間：55 min；5)飛行高度：0 m～750 m可調(diào)；6)巡航速度：65 km/h；7)起飛方式：手拋式；8)降落方式：自動(dòng)滑行、自動(dòng)輔助、手動(dòng)；9)主機(jī)內(nèi)置100 Hz GPS(無(wú)須外業(yè)刺點(diǎn)工作);10)可以自由設(shè)定獲取高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維建模。

2 拓普康天狼星無(wú)人機(jī)制作1∶500線劃圖測(cè)試

2.1 攝區(qū)概況

航測(cè)區(qū)域位于寶蘭(寶雞至蘭州)客運(yùn)專(zhuān)線寶雞市渭濱區(qū)馮家塬村，線路長(zhǎng)度約2 km，東經(jīng)107°09′24″～107°10′06″，北緯34°20′22″～34°19′26″，測(cè)圖范圍為設(shè)計(jì)線路中線兩側(cè)各250 m，區(qū)域內(nèi)有5個(gè)高等級(jí)的控制點(diǎn)，平均分布在攝區(qū)內(nèi)。測(cè)試區(qū)域地形涵蓋平原、居民地、山地、植被密集區(qū)，具有代表性，本項(xiàng)目先采用GPS-RTK和全站儀相結(jié)合的方式，對(duì)整個(gè)測(cè)試區(qū)域采用人工智能化數(shù)字成圖方式制作1∶500線劃圖作為無(wú)人機(jī)制圖的檢核數(shù)據(jù)。本次人工制圖成圖精度高，可靠性強(qiáng)，可以作為檢核數(shù)據(jù)。

2.2 測(cè)試執(zhí)行情況

本項(xiàng)目分一個(gè)架次完成無(wú)人機(jī)飛行相對(duì)航高約為150 m，分為4個(gè)航帶，共拍攝2 100張相片，全程用時(shí)40 min。

2.3 成果比對(duì)與分析

測(cè)試結(jié)束后一個(gè)星期提供本次測(cè)試所有成果，針對(duì)所提供成果，依據(jù)TB 10101—2009鐵路工程測(cè)量規(guī)范，對(duì)1∶500地形圖成果分別從點(diǎn)位精度、高程精度及橫斷面精度三方面分地形、特征點(diǎn)類(lèi)別與人工測(cè)繪成果進(jìn)行了抽樣比對(duì)，抽樣點(diǎn)覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。各項(xiàng)限差規(guī)定值見(jiàn)表1，表2。

1)地物點(diǎn)點(diǎn)位精度檢查見(jiàn)表3。

由表3可知三類(lèi)地物點(diǎn)抽樣合格率為100%。

表1 地物點(diǎn)在圖上的點(diǎn)位中誤差 mm

表2 高程注記點(diǎn)和等高線的高程中誤差 m

表3 地物點(diǎn)點(diǎn)位精度檢查統(tǒng)計(jì)表

2)點(diǎn)位高程精度檢查見(jiàn)表4。

表4 高程注記點(diǎn)相對(duì)于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

由表4可知，平地、道路地區(qū)均無(wú)遮擋，高程中誤差滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)地形高程中誤差限差；麥田地區(qū)由于小麥密集，遮擋嚴(yán)重，處理時(shí)未考慮小麥高度，大部分檢查點(diǎn)均高出實(shí)測(cè)高程值0.5 m，故高程中誤差超限。

3 測(cè)試結(jié)論

1)該款無(wú)人機(jī)性能比較穩(wěn)定，起飛和降落都安全平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)便。內(nèi)置RTK支持GPS+GLONASS雙頻雙星，無(wú)需進(jìn)行航測(cè)外控及空三加密，這是該款無(wú)人機(jī)的一個(gè)亮點(diǎn)。

2)該款無(wú)人機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配套軟件主要包含MAVinciDesktop飛行計(jì)劃軟件和PhotoScanPro影像后處理軟件。通過(guò)上述配套軟件，用戶(hù)可以一鍵式后處理接口直接得到正射影像DOM、數(shù)字高程模型DEM和點(diǎn)云3種不同類(lèi)型的生產(chǎn)成果。在此基礎(chǔ)上，用戶(hù)根據(jù)不同需求選擇多種數(shù)據(jù)加工和編輯平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)量、體積量算、生成等高線、DLG編輯等不同功能。

3)在無(wú)遮擋區(qū)域平面和高程可滿(mǎn)足1∶500比例尺地形圖精度要求；針對(duì)植被覆蓋區(qū)域仍需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪、實(shí)測(cè)特征點(diǎn)對(duì)成果進(jìn)行修正可以達(dá)到相應(yīng)精度指標(biāo)要求，可以用于生產(chǎn)。

[1] 徐紹輇，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用(修訂版)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

[2] TB 10050—2010,鐵路工程攝影測(cè)量規(guī)范[S].

[3] 徐亞明.攝影測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

The technology and application of unmanned aerial system to make 1∶500 DLG

Yang Xinguo

(ShaanxiRailwayEngineeringInvestigationLimitedCompany,Baoji721001,China)

According to the characteristics and performance of TOPCON Sirius UAV, this paper illustrated the process and quality control key points of the model production of 1∶500 DLG, and taking the UAV production of large scale topographic map test in Fengjiayuan of Bao-Lan passenger line, verified the feasibility and reliability of using UAV production of large scale topographic map.

UAV, topographic map, mapping quality

1009-6825(2016)27-0195-02

2016-07-10

楊新國(guó)(1984- )，男，工程師

TU198

A