積云一號無人機(jī)航測系統(tǒng)在水利測量中的應(yīng)用

陳沖 周進(jìn)省 尤艷紅

（1.河南省思拓力測繪科技有限公司，河南鄭州450000；2.河南廣盛信息科技有限公司，河南鄭州450052）

積云一號無人機(jī)航測系統(tǒng)在水利測量中的應(yīng)用

陳沖1周進(jìn)省2尤艷紅1

（1.河南省思拓力測繪科技有限公司，河南鄭州450000；2.河南廣盛信息科技有限公司，河南鄭州450052）

通過對積云一號無人機(jī)的介紹及其在水利工程地形圖生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，利用外業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)對航測精度進(jìn)行評估，為積云一號無人機(jī)在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。

積云一號；ppk；圖形精度

隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)航測在測繪行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，但傳統(tǒng)航測作業(yè)依然存在著很多缺點(diǎn)，如飛行姿態(tài)不穩(wěn)定、相機(jī)畫幅小、影像畸變差大、重疊度不規(guī)則等[1-3]。按照傳統(tǒng)航空攝影測量加密方式，不僅需要布設(shè)較多的像控點(diǎn)，還會增加像控聯(lián)測的野外測量工作量[4，5]。積云一號無人機(jī)航攝系統(tǒng)結(jié)合ppk技術(shù)，可獲取高密度、高精度的相機(jī)曝光點(diǎn)的坐標(biāo)，為高精度的空三解算提供保證[6,7]。通過積云一號無人機(jī)獲取的影像，經(jīng)過Pix4D mapper 處理軟件處理，能實(shí)現(xiàn)每個工程20000張低空影像的處理能力。Pix4D mapper軟件自帶平差系統(tǒng)，可自動智能化后處理，直接導(dǎo)出點(diǎn)云、DEM、DOM，DLG生產(chǎn)在虛擬測量軟件下直接作裸眼3D采集，無需傳統(tǒng)立體測圖的3D眼鏡、手輪、腳盤，大大減少了外業(yè)測量工作量，縮短了測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。本文以河南省某水庫地形測量項目為例，對積云一號無人機(jī)在水利工程地形圖測量中的應(yīng)用及測繪產(chǎn)品生產(chǎn)中的效率和精度進(jìn)行探討。

1 積云一號無人機(jī)簡介

丹麥進(jìn)口長航時無人機(jī)測量系統(tǒng)積云一號（見圖1），丹麥原裝進(jìn)口，是丹麥Sky-watch公司與哥本哈根大學(xué)、哥本哈根工程大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的固定翼無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)，以操作簡單、安全、長航時、高效為設(shè)計宗旨，建立了測繪和測量的新標(biāo)準(zhǔn)。通過對傳感器速度、姿態(tài)、方向以及相機(jī)快門的精確控制，積云一號可以對任意測區(qū)進(jìn)行航空攝影測量，從而獲取高質(zhì)量的三維模型和正射影像。

圖1 積云一號無人機(jī)

1.1 無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)

積云一號無人機(jī)系統(tǒng)的組成如下：飛行控制系統(tǒng)、航攝平臺、遙感傳感器系統(tǒng)、地面站監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了高精度ppk差分技術(shù)，可利用 Mission planner 飛控軟件按照項目要求進(jìn)行航線設(shè)計（圖2）。

圖2 積云一號飛行任務(wù)規(guī)劃軟件Mission planner

積云一號的技術(shù)優(yōu)勢：

（1）機(jī)身采用超輕碳纖維復(fù)合材質(zhì)，以及凱夫拉纖維材質(zhì)，具有很好的韌性，堅固耐用，特有的結(jié)構(gòu)外包圍防護(hù)；（2）全自動起飛降落；（3）手拋起飛，無需借助任何彈射架或皮筋等外力工具即可起飛；（4）長達(dá)150分鐘的超長飛行時間，讓您單架次覆蓋更大范圍作業(yè)面積；（5）垂直減速定點(diǎn)降落，無需攜帶降落傘即可實(shí)現(xiàn)安全著陸；（6）智能傳感器組合，自動控制飛行高度、速度、姿態(tài)等參數(shù)；（7）靈活穩(wěn)定的云臺，可搭載多種傳感器；（8）獨(dú)特的安全保障功能，確保飛機(jī)在失去地面遙控信號或GPS信號時仍然能安全返回或降落；（9）長距離飛行，以及高達(dá)10km的有效通信距離；（10）螺旋槳自動折疊設(shè)置，保證飛行及操作的安全。

1.2 影像處理

將獲取的影像數(shù)據(jù)及POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件pix4D mapper中，設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)、中央子午線、投影方法、數(shù)據(jù)處理精度，選擇生成的成果種類、格式，運(yùn)行數(shù)據(jù)處理即可，簡單，方便。成果種類主要有：正射影像、DEM、密集點(diǎn)云、DSM。

1.3 地形圖測繪

利用正射影像和數(shù)字高程模型，在EPS地理信息工作站繪圖軟件上生成數(shù)據(jù)格式為DSM的三維模型數(shù)據(jù)。在三維模型上進(jìn)行采集化，主要有建筑物及構(gòu)筑物、道路及道路附屬設(shè)施、河流及橋梁、線桿、路燈、溝坎、地類范圍等能夠辨認(rèn)的各類地物。高程數(shù)據(jù)采集主要從DSM中提取高程數(shù)據(jù)，然后展繪到數(shù)字線劃圖中。由于試驗區(qū)的植被覆蓋度較高，嚴(yán)重影響了內(nèi)業(yè)高程數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集，因此在植被覆蓋區(qū)域采用GPS實(shí)測部分高程數(shù)據(jù)，作為篩選正確高程數(shù)據(jù)的參考。

2 航飛作業(yè)

2.1 試驗區(qū)概況

為滿足河南省某縣某水庫改擴(kuò)建規(guī)劃，需要對該縣城南開發(fā)區(qū)某水庫庫區(qū)及周邊區(qū)域進(jìn)行1∶1000 地形圖繪制。由于項目工期較緊且項目實(shí)施時間正值夏季，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和按期完工，決定采用低空無人機(jī)攝影測量的作業(yè)方式，采用ppk稀疏像控布設(shè)、密集點(diǎn)云處理、真正射影像與外業(yè)調(diào)繪相結(jié)合的辦法進(jìn)行地形圖測繪。

測區(qū)地形為平原和丘陵，東西跨度約4km，南北跨度約2km，面積約8km2，如圖3所示。

圖3 測區(qū)范圍

2.2 航空攝影情況

航線設(shè)計：航向重疊度為75%，旁向重疊度為70%，航攝影像地面分辨率為7cm。由于積云一號的航時高達(dá)2.5小時，所以測區(qū)范圍只需一個架次即可實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

航空攝影耗時1.5小時，共拍攝相片749張，相幅大小為2010萬像素；相機(jī)焦距為18mm，像素大小為4.8μm；影像清晰、反差適中、色調(diào)柔和、色彩平衡。

2.3 影像處理及 DLG 生產(chǎn)情況

影像處理結(jié)束。DLG生產(chǎn)涉及1∶1000標(biāo)準(zhǔn)分幅圖幅32幅，由4個作業(yè)員經(jīng)培訓(xùn)后在4天內(nèi)完成全部32幅地形圖的內(nèi)業(yè)地形要素及高程點(diǎn)采集工作。與傳統(tǒng)的全外業(yè)實(shí)測成圖的方法相比，該方法減少了50天的工期。

2.4 地形圖精度

地形圖精度檢查采用GPS RTK(網(wǎng)絡(luò)模式)采集外業(yè)數(shù)據(jù)，共采集明顯地物點(diǎn)、特征點(diǎn)35個(其中平面檢查20個點(diǎn)，高程檢查15個點(diǎn))，數(shù)據(jù)采集時 RTK為穩(wěn)定的固定解狀態(tài)。將檢核數(shù)據(jù)與DLG中對應(yīng)地物點(diǎn)平面位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)或高程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、比較，計算出DLG平面位置中誤差為0.1m，高程中誤差為0.15m，滿足1∶1000地形圖精度要求。

3 結(jié)論

積云一號無人機(jī)ppk技術(shù)的加持及虛擬測量技術(shù)的應(yīng)用給傳統(tǒng)攝影帶來了深度變革。ppk技術(shù)的應(yīng)用不僅減少了外業(yè)工作人員的工作時間，降低了勞動強(qiáng)度，而且積云一號無人機(jī)飛行時間有150 min，機(jī)載相機(jī)像素為2010萬，使得單架次的航飛面積極大，同時虛擬測量技術(shù)的使用使得積云一號無人機(jī)航空測圖系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。

[1]張祖勛． 攝影測量的信息化與智能化[J]．測繪地理信息,2015，40(4) ： 1-5．

[2]孫藝洋．虛擬測量在無人機(jī)測繪成果中的應(yīng)用[J]．測繪通報,2016(7) ： 148-149．

[3]謝建春，孫丙玉，李文清，等． 一種低空無人機(jī)航攝系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)驗研究[J]．測繪通報，2015(10) ： 85-87．

[4]朱正榮，李少龍． 無人機(jī)攝影測量用于大比例尺地形圖測繪的實(shí)踐[J]．測繪標(biāo)準(zhǔn)化，2014(1) ： 23-26．

[5]方劍強(qiáng)．生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖( DOM) 的若干技術(shù)問題探討[J]．測繪與空間地理信息，2007(3) ： 91-93．

[6]畢凱,李英成,丁曉波，等． 輕小型無人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．測繪通報，2015(3) ： 27-31，48．

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陳沖（1988—），男，漢族，助理工程師，從事攝影測量工作。E-mail:191314910@qq.com