輕型無(wú)人機(jī)在水利帶狀地形圖中的應(yīng)用

孫昌瑜

摘 要：本文通過(guò)大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用，論證了其航測(cè)解算所得成果DOM、DEM的精度可以滿足1∶1 000比例尺的DLG精度要求，為測(cè)繪外業(yè)工作節(jié)省了大量的時(shí)間。今后，無(wú)人機(jī)也必將在水利行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);數(shù)字正射影像;數(shù)字高程模型;精度驗(yàn)證分析

中圖分類號(hào)：P231;U412.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）04-0011-03

Abstract： Through the application of the DJI Phantom4 RTK drone in hydraulic engineering， this paper demonstrated that the accuracy of the DOM and DEM results obtained from aerial survey solutions could meet the DLG accuracy requirement of 1∶1 000 scale， saving a lot of time for surveying and mapping field work. In the future， drones will also be widely used in the water conservancy industry.

Keywords： UAV;DOM;DEM;accuracy verification analysis

隨著科技的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)因其體積較小、攜帶方便、操作簡(jiǎn)便且能快速獲取各種信息等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在水利行業(yè)中，通常利用無(wú)人機(jī)航攝獲取DOM、DEM影像等信息，然后通過(guò)DOM、DEM制作滿足工程精度要求的DLG。與使用GPS-RTK進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集相比，無(wú)人機(jī)航測(cè)極大地縮短了外業(yè)工作時(shí)間，提高了工作效率，同時(shí)也節(jié)約了成本。

1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的組成

無(wú)人機(jī)低空航攝系統(tǒng)是以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)，利用高分辨率相機(jī)系統(tǒng)獲取遙感影像，利用空中和地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的自動(dòng)拍攝和獲取，同時(shí)實(shí)現(xiàn)航跡規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)壓縮和自動(dòng)傳輸、影像預(yù)處理等功能，是具有高智能化程度和較強(qiáng)作業(yè)能力的穩(wěn)定可靠的低空遙感系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)主要由無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、遙感傳感器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)等組成。本文基于大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)在水利帶狀地形圖中的應(yīng)用，論證了其精度，為今后無(wú)人機(jī)在水利行業(yè)中的應(yīng)用提供一定的借鑒。

2 工程實(shí)例

為了研究大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用，本文以吉林省溫德河防洪治理工程為例進(jìn)行說(shuō)明。該工程全長(zhǎng)13 km，測(cè)圖寬度為河道兩側(cè)各200 m，總面積為5.2 km2。測(cè)區(qū)內(nèi)有多個(gè)村莊、工廠。植被以旱地、草地為主，含有少許林地。由于汛期降雨較多、溫德河水流量較大，河水退后，河岸兩邊存有淤泥，采用GPS-RTK施測(cè)，難度較大，所以采用大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)航測(cè)成圖。

2.1 技術(shù)路線

2.1.1 基本參數(shù)。地形圖成圖比例尺為1∶1 000，采用的平面系統(tǒng)為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，中央子午線為126°，高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。根據(jù)低空數(shù)字航空攝影規(guī)范要求，航攝分辨率設(shè)置為8 cm，航向重疊度設(shè)置為80%，旁向重疊度設(shè)置為70%，像片傾角≤5°，像片旋角≤15°，航線彎曲度≤3%。

2.1.2 航線及像控點(diǎn)的布設(shè)。該工程飛行區(qū)域?yàn)?.2 km2，利用大疆制圖軟件制定飛行計(jì)劃。由于線路總長(zhǎng)13 km，為保障無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)信號(hào)良好，決定劃分為4個(gè)飛行架次，共布設(shè)平高像控點(diǎn)22個(gè)，為保證相鄰架次的影像精度，相鄰架次接邊處共用同名像控點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[2-3]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用Agisoft Photoscan軟件進(jìn)行航攝照片的處理，最終得到DOM、DEM，其數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

2.3 精度分析

為了驗(yàn)證DOM的精度，筆者在測(cè)區(qū)采用GPS-RTK實(shí)測(cè)了30個(gè)點(diǎn)的平面位置，其精度統(tǒng)計(jì)和較差如表1、圖2所示。

由表1、圖2可知，其誤差范圍普遍分布于0～0.25 m。平面位置中誤差為[Ms=±ΔPi×ΔPiN=]±0.165 m[<]±0.6 m，滿足《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500 1∶1 000 1∶2 000生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程 第3部分：數(shù)字正射影像圖》（CH/T 9020.3—2013）規(guī)定的1∶1000比例尺DOM中誤差精度[4]。

為了驗(yàn)證DEM的精度，實(shí)測(cè)了40個(gè)點(diǎn)的高程，其精度統(tǒng)計(jì)和較差如表2、圖3所示。

由表2、圖3可知，其誤差范圍普遍分布于0～0.2 m，個(gè)別點(diǎn)的誤差保持在0.3 m左右，這可能相控點(diǎn)的布置所致。高程中誤差為[MH=±Δhi×ΔhiN=±0.15 m<±0.5 m]，滿足《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000數(shù)字高程模型》（CH/T 9008.2—2010）規(guī)定的1∶1 000丘陵地的一級(jí)DEM模型精度[5]。

3 結(jié)論

結(jié)合大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用，本文分析了其航測(cè)解算成果DOM、DEM的精度。通過(guò)實(shí)例論證可知，大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)通過(guò)布設(shè)少量相控點(diǎn)可以滿足1∶1 000 DLG的精度要求，為外業(yè)節(jié)省了大量的時(shí)間。其價(jià)格低廉，體積較小，攜帶方便，對(duì)起降場(chǎng)地要求較低，必將在水利中得到廣泛的應(yīng)用。另外，大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)的航攝精度與像控點(diǎn)分布的關(guān)系在本文中沒(méi)有進(jìn)行過(guò)多闡述，這將是今后進(jìn)一步的研究工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊潤(rùn)書(shū)，吳亞鵬，李加明，等.無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)及應(yīng)用前景[J].地礦測(cè)繪，2011（1）：8-9.

[2]孔振，劉召奇，高云軍，等.消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)在大比例測(cè)圖中應(yīng)用與精度評(píng)價(jià)[J].測(cè)繪工程，2012（12）：55-61.

[3]劉藝，季昊，楊震，等.無(wú)人機(jī)航測(cè)在大比例尺公路帶狀地形圖測(cè)量中的試驗(yàn)及分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2016（2）：105-107.

[4]國(guó)家測(cè)繪地理信息局.《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500 1∶1 000 1∶2 000生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程 第3部分：數(shù)字正射影像圖》（CH/T 9020.3—2013）[S].北京：測(cè)繪出版社，2014.

[5]國(guó)家測(cè)繪局.基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、 1∶1 000 、1∶2 000數(shù)字高程模型：CH/T 9008.2—2010[S].北京：測(cè)繪出版社，2010.