天寶UX5無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在違章測(cè)量中的應(yīng)用

王 海，陳 樂(lè)

(1. 廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060； 2. 廣州天派儀器科技有限公司，廣東 廣州 510030)

天寶測(cè)繪解決方案專欄

天寶UX5無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在違章測(cè)量中的應(yīng)用

王 海1，陳 樂(lè)2

(1. 廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060； 2. 廣州天派儀器科技有限公司，廣東 廣州 510030)

改革開放以來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市建設(shè)向郊區(qū)不斷蔓延，郊區(qū)農(nóng)村進(jìn)入快速城市化發(fā)展階段。城市向郊區(qū)拓展形成的城市建設(shè)景觀和郊區(qū)農(nóng)村不斷城市化形成的農(nóng)村建設(shè)景觀在地域上連接在一起， 出現(xiàn)了不少城中村，各種違法建設(shè)問(wèn)題日益突出，影響了城市的整體面貌。因此，為了加強(qiáng)對(duì)城中村的土地利用規(guī)劃管理，及時(shí)查處各種違章建筑，急需快速制作正射影像圖。相較于傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量，無(wú)人機(jī)具有作業(yè)成本低、周期短、安全性能好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)及現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感的有力補(bǔ)充，在國(guó)內(nèi)各項(xiàng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

天寶UX5無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由航測(cè)飛機(jī)、相機(jī)、地面控制站、發(fā)射架及跟蹤器組成。航測(cè)飛機(jī)由機(jī)身、eBox和相機(jī)組成，eBox與電臺(tái)天線相連接，主要起到與地面控制站通信的作用，地面控制站則用來(lái)控制UX5航測(cè)飛機(jī)(如圖1所示)。

圖1 UX5無(wú)人機(jī)

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目作業(yè)范圍覆蓋廣州市番禺區(qū)大部，面積約345 km2。測(cè)區(qū)以平原為主，平均海拔10 m左右，并有部分丘陵地帶，最高海拔為185 m。測(cè)區(qū)內(nèi)建筑物密集，河網(wǎng)密布，交通便利。由于任務(wù)急，工期緊，采用天寶UX5飛機(jī)進(jìn)行航拍。

1.1 技術(shù)路線

本項(xiàng)目首先利用天寶UX5無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)獲取影像和飛行文件，并進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)及聯(lián)測(cè)，獲取像控點(diǎn)的坐標(biāo)成果；然后根據(jù)像控點(diǎn)的坐標(biāo)成果進(jìn)行空三加密、影像正射糾正、自動(dòng)拼接及整飾輸出等過(guò)程；最后制作出正射影像圖，技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)作業(yè)技術(shù)路線

1.2 項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 航線規(guī)劃及像控點(diǎn)布設(shè)

由于項(xiàng)目要求制作0.1 m分辨率的數(shù)字正射影像，因此航線高度設(shè)置為383 m，航向重疊度為75%，旁邊重疊度為70%。鑒于作業(yè)面積較大及起降場(chǎng)地的限制，將作業(yè)區(qū)域分為4塊，共98個(gè)架次。航線規(guī)劃如圖3所示。

圖3 航線規(guī)劃示意圖(部分)

由于項(xiàng)目要求提供地方坐標(biāo)系成果，鑒于項(xiàng)目所測(cè)像控點(diǎn)約200個(gè)點(diǎn)，因此像控點(diǎn)測(cè)量采用事后控制，像控點(diǎn)的選擇以斑馬線的角點(diǎn)及球場(chǎng)的實(shí)線交點(diǎn)為主。像控點(diǎn)測(cè)完后，進(jìn)行拍照，分別拍一張近景和遠(yuǎn)景，以方便后期像控點(diǎn)的匹配。

1.2.2 空三加密

外業(yè)完成后，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用UASMaster 軟件，由于像片較多，因此采用分批處理方式，每塊約4000張像片。為了能夠得到空三加密的結(jié)果，按以下4個(gè)步驟進(jìn)行：

(1) 定義新工程：將該坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置為成果要求輸出的坐標(biāo)系統(tǒng)，并設(shè)置相機(jī)對(duì)應(yīng)的型號(hào)，然后導(dǎo)入像片及POS數(shù)據(jù)、像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，最后生成航帶，如果沒(méi)有任何錯(cuò)誤，就表明工程已經(jīng)建好，可以進(jìn)行下一步操作。

(2) 計(jì)算連接點(diǎn)：連接點(diǎn)平差提取有4種方法，分別為Full Resolution、Half Resolution、Half Resolution Approx 2D及Low Resolution，一般采用Half Resolution，該方法適用于大部分項(xiàng)目，處理速度快且精度較高。處理完成后，將會(huì)顯示定向像片、地面控制點(diǎn)、航帶與連接點(diǎn)等的相對(duì)位置。所有的像片都會(huì)在平差過(guò)程中使用，因此已經(jīng)進(jìn)行了外部定向的值將會(huì)被標(biāo)記。最后檢查所有的像片是否連接在一起，當(dāng)確認(rèn)所有的像片全部連接起來(lái)后，才可以進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量工作。

(3) 控制點(diǎn)測(cè)量：進(jìn)入像片窗口進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量，默認(rèn)情況下選擇的是 Manual 模式。首先查找測(cè)量控制點(diǎn)在每張圖片的粗略位置，然后選擇合適的縮放比例進(jìn)行精確刺點(diǎn)，一般選擇清晰的像片進(jìn)行刺點(diǎn)，直至所有的控制點(diǎn)測(cè)量完成。

(4) 相機(jī)校正與平差：控制點(diǎn)測(cè)量完成并確保無(wú)誤后，采用 Weak平差方法來(lái)檢查地面控制點(diǎn)測(cè)量。然后使用Extensive進(jìn)行相機(jī)校正，校正完成后，檢查是否有更多的連接點(diǎn)在平差中使用，以及地面控制點(diǎn)測(cè)量是否有提高，基于確定的定向和更好的相機(jī)校正，控制點(diǎn)將會(huì)投影到更多的像片中，因此可以增加測(cè)量。根據(jù)輸出的結(jié)果決定平差精度是否足夠，以及是否需要進(jìn)一步的相機(jī)校正。

2 DOM生成

空三加密完成后，需要進(jìn)行點(diǎn)云處理，再進(jìn)行表面編輯，最后生成正射影像，具體步驟如下。

2.1 生成(DTM、DSM等)點(diǎn)云數(shù)據(jù)

DTM提取使用了兩種主要的算法：最小二乘匹配和特征匹配。特征匹配法處理的速度很快，但精度只有 1/3 個(gè)像素。最小二乘匹配法主要用來(lái)處理細(xì)化點(diǎn)以獲得更精確的點(diǎn)云，因此速度較慢。為加快處理速度，提取選項(xiàng)采用Smoother選項(xiàng)，在地面分辨率 2 級(jí)進(jìn)行 DTM 生產(chǎn)，使用平衡最優(yōu)，最終生成一個(gè) 30×GSD 的 2 級(jí)格網(wǎng)。

DSM 提取則采用CBM算法，CBM 是基于像素的匹配算法，不同于特征匹配算法與最小二乘匹配算法， 都是基于一個(gè)區(qū)域的匹配。DSM提取選項(xiàng)采用Spare 選項(xiàng)，雖然生成的點(diǎn)云密度較為稀疏，但是處理速度很快。

2.2 表面編輯

表面編輯主要是為了消除自動(dòng)點(diǎn)云處理中的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤將會(huì)影響正射鑲嵌影像的生成。為了發(fā)現(xiàn)點(diǎn)云中錯(cuò)誤，UAS Edit 中提供了顯示選項(xiàng)，可以方便找出其中可能存在的問(wèn)題。

2.3 正射影像的生成

正射影像生成直接采用點(diǎn)云的點(diǎn)，沒(méi)有任何像片糾正過(guò)程，這是一種生成正射鑲嵌的快速方法。出于性能的原因，該功能不作任何的像片平衡，但是幾何質(zhì)量比通過(guò)像片糾正的真正射鑲嵌好得多(如圖4所示)。

圖4 數(shù)字正射影像(部分)

2.4 質(zhì)量檢查

將生成的數(shù)字正射影像和已有的1∶2000數(shù)字線劃圖進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)檢查，道路、河流、池塘等地物重合情況較好，影像清晰，反差適中，色彩及色調(diào)均勻，影像無(wú)模糊，滿足項(xiàng)目要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 相對(duì)于傳統(tǒng)的航攝系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)具有作業(yè)成本低、周期短、安全性能好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。本項(xiàng)目采用天寶UX5無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)，雖然面積達(dá)到345 km2，但只花了3周時(shí)間就完成了外業(yè)飛行，總計(jì)飛了98個(gè)架次，極大地縮短了外業(yè)時(shí)間，而且沒(méi)有發(fā)生任何重大安全事故。

(2) 這次大范圍利用無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行違章測(cè)量，從項(xiàng)目完成情況看，作業(yè)時(shí)間短，且成果質(zhì)量滿足委托方的要求。本項(xiàng)目的成功實(shí)施為無(wú)人機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的平臺(tái)，并提高了無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在應(yīng)急測(cè)繪中的影響力。