無(wú)人機(jī)和CORS系統(tǒng)在大比例尺測(cè)繪中的研究與應(yīng)用

阮懷婷 / 廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

無(wú)人機(jī)和CORS系統(tǒng)在大比例尺測(cè)繪中的研究與應(yīng)用

阮懷婷 / 廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

介紹無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的特點(diǎn)，根據(jù)具體的項(xiàng)目，詳細(xì)介紹ebee-RTK無(wú)人機(jī)的作業(yè)流程，分析ebee-RTK無(wú)人機(jī)的影像精度，并探討ebee-RTK無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)能否滿足大比例尺測(cè)圖的精度要求。

無(wú)人機(jī)；CORS；ebee-RTK；大比例尺

1.引言

無(wú)人機(jī)就是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，不但能完成有人駕駛飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)，更適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)，憑借其分辨率高、作業(yè)效率高、周期短、輕便靈活、成圖直觀、精確等特點(diǎn)，在地籍測(cè)量、土地利用變更調(diào)查和核查、土地執(zhí)法檢查、地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)等方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛。探究無(wú)人機(jī)的飛行精度及其在1:2000地形圖制作中的應(yīng)用，在實(shí)際生產(chǎn)中，具有一定的價(jià)值。又由于很多城市都已建立了CORS系統(tǒng)，如何使無(wú)人機(jī)與當(dāng)?shù)谻ORS建立實(shí)時(shí)通訊，免去地面像控點(diǎn)的布設(shè)，節(jié)省大量的外業(yè)時(shí)間，最大程度地提升作業(yè)效率，保證飛行精度，也是值得研究和探討的。

2.ebee-RTK無(wú)人機(jī)

2.1 ebee-RTK無(wú)人機(jī)的主要特點(diǎn)

（1）重量輕巧，模塊化設(shè)定，機(jī)翼可拆卸，沖擊力低，安全性高；

（2）電力推進(jìn)，無(wú)人機(jī)配置可充電式鋰聚合物電池，容量比同樣大小的鋰離子電池高出一倍，避免了鋰離子電池高溫下容易爆炸的安全問(wèn)題，并且無(wú)污染、低噪音；

（3）自主的起飛與降落，可感覺(jué)實(shí)地情況設(shè)定的起飛和降落區(qū)域，降落方式可選擇直線型降落和旋轉(zhuǎn)型降落兩種方式；

（4）智能化的飛行管理軟件emotion2，可自動(dòng)規(guī)劃飛行路線，設(shè)定影像重疊率、相機(jī)拍攝時(shí)間間隔、分辨率GSD等，并自動(dòng)計(jì)算所需飛行時(shí)間。

（5）測(cè)量級(jí)測(cè)繪無(wú)人機(jī)，精度較高；

（6）通過(guò)地面電臺(tái)將基準(zhǔn)站改正訊號(hào)上傳至eBee RTK，飛行過(guò)程中及時(shí)計(jì)算RTK坐標(biāo)；

（7）內(nèi)置高性能GNSS接收機(jī)，高絕對(duì)精度取代地面控制點(diǎn)（GCP）的布設(shè)。

2.2 ebee-RTK無(wú)人機(jī)的軟硬件

硬件及功能：

eBee自動(dòng)飛行裝置包括下列部件：

①中央體：eBee的核心部分，包括飛行裝置中的所有電子裝置、執(zhí)行以及聯(lián)絡(luò)硬件裝置。

②機(jī)翼：eBee的一對(duì)機(jī)翼可拆卸、替換。每一個(gè)機(jī)翼都有一對(duì)翼支柱和一對(duì)夾片，用來(lái)支撐中央體。

③副翼：增加空氣動(dòng)力穩(wěn)定性，控制eBee的飛行。

④伺服連接裝置：通過(guò)伺服連接裝置連接中央體中的伺服電動(dòng)機(jī)以及副翼。l 螺旋槳：飛行時(shí)用來(lái)產(chǎn)生推力。

⑤相機(jī)：內(nèi)置16兆像素的相機(jī)，用于航拍圖像。

軟件及功能：

ebee-RTK無(wú)人機(jī)的軟件包括emotion2和postflight-3D兩種軟件。

①emotion2 軟件

Emotion2軟件操作性簡(jiǎn)單，具有極強(qiáng)的智能型，可進(jìn)行任意的航線設(shè)計(jì)、起飛區(qū)域和降落區(qū)域的任意選擇，在野外無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，可進(jìn)行實(shí)時(shí)地飛機(jī)飛行姿態(tài)、安全狀況的監(jiān)控，并對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

②postflght3D軟件

Postflight3D軟件為無(wú)人機(jī)飛行數(shù)據(jù)的后處理軟件，在完成相機(jī)的自檢校、特征點(diǎn)匹配、空三加密、生成三維點(diǎn)云的基礎(chǔ)上，可快速獲得具有地理坐標(biāo)的正射影像圖和創(chuàng)建三維模型圖。

3.ebee-RTK無(wú)人機(jī)的作業(yè)流程

ebee-RTK的作業(yè)流程包括前期準(zhǔn)備：根據(jù)項(xiàng)目地形實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)勘查是否存在過(guò)高建筑物或高山，以此設(shè)計(jì)飛行高度；尋找符合無(wú)人機(jī)起飛和降落的起飛區(qū)域和降落區(qū)域，保障無(wú)人機(jī)的飛行安全；布設(shè)飛行區(qū)域內(nèi)的像控點(diǎn)，服務(wù)于后期的數(shù)據(jù)處理及科研對(duì)比等工作。借助emotion2軟件對(duì)相關(guān)區(qū)域的衛(wèi)星影像圖進(jìn)行下載，為后續(xù)的航線規(guī)劃提供直觀資料；數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集階段需對(duì)飛行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括相機(jī)參數(shù)、飛行高度、地面分辨率、飛行安全區(qū)域等，根據(jù)事先選定的起飛和降落區(qū)域、飛行規(guī)劃航線進(jìn)行逐架次的數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)處理和成果輸出：數(shù)據(jù)處理階段對(duì)飛行記錄參數(shù)、飛行拍攝相片進(jìn)行預(yù)處理和后處理，生成高精度的正射影像圖、數(shù)字地面模型；具體流程如下圖1所示：

圖1 ebee-RTK無(wú)人機(jī)的作業(yè)流程圖

4.項(xiàng)目運(yùn)用

在某項(xiàng)目中，利用無(wú)人機(jī)對(duì)某村實(shí)施了范圍20多平方公里的無(wú)人機(jī)航攝任務(wù)。此次飛行完成了ebee-RTK無(wú)人機(jī)模式下共計(jì)11個(gè)架次的航攝飛行，獲取了11個(gè)架次的飛行數(shù)據(jù)，并利用當(dāng)?shù)谻ORS站，布設(shè)了五個(gè)相片控制點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)匾延械牟糠謪^(qū)域的1:500地形圖數(shù)據(jù)，完成了該任務(wù)的全部數(shù)據(jù)的采集工作。并按照?qǐng)D2所示對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和成果輸出。

圖2 ebee-RTK無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)處理流程

5.精度分析比較

根據(jù)飛行的地形特征，本次數(shù)據(jù)處理主要是截取影像的東、西、南、北、中五個(gè)特征區(qū)域的顯著點(diǎn)、顯著道路面、顯著房屋面，與實(shí)測(cè)相對(duì)應(yīng)區(qū)域的1:500地形圖進(jìn)行精度對(duì)比。統(tǒng)計(jì)表格如下：

表1 ebee-RTK無(wú)人機(jī)影像圖和1:500地形圖點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)比表

根據(jù)表1可知，ebee-RTK無(wú)人機(jī)的精度與1:500地形圖點(diǎn)位精度相差不大，最大點(diǎn)位誤差為0.79m，最小的點(diǎn)位誤差為0.47米，點(diǎn)位中誤差為0.52m，說(shuō)明ebee-RTK無(wú)人機(jī)的絕對(duì)定位精度較高，滿足1:2000地形圖點(diǎn)位中誤差1m的要求。

6.結(jié)論

ebee-RTK無(wú)人機(jī)的飛行精度較高，點(diǎn)位精度小于0.8m，可滿足1:2000地形圖中的精度要求。 ebee-RTK無(wú)人機(jī)分辨率高、作業(yè)效率高、周期短、輕便靈活、成圖直觀、精確等特點(diǎn)，以及在點(diǎn)云生成圖上直接量測(cè)點(diǎn)高程，并計(jì)算部分區(qū)域的面積、體積等功能，使其應(yīng)用范圍十分廣泛，不僅能在一定程度上幫助完成1:2000甚至更大比例尺測(cè)圖外，還可以進(jìn)行地籍測(cè)量、土地利用變更調(diào)查和核查、土地執(zhí)法檢查、地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)等方面。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及諸多高新技術(shù)的興起，相信以后更多技術(shù)的融合，會(huì)更加有利于今后高精度地形圖的測(cè)量，無(wú)人機(jī)依然會(huì)發(fā)揮著不可或缺的作用。

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阮懷婷，女，1989.4.20，廣東省陽(yáng)江市，測(cè)繪工程，助理工程師。