大疆精靈4 RTK航測(cè)數(shù)據(jù)在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

艾力 楊冰玉

摘? 要? 本文以延長(zhǎng)縣某工程項(xiàng)目地形圖測(cè)繪為案例，采用Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空航測(cè)作業(yè)，通過(guò)UAV-PPK軟件對(duì)航攝成果數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，獲取更高精度的POS數(shù)據(jù)，有效提高“空三”加密解算質(zhì)量，再通過(guò)ContextCapture軟件進(jìn)行航測(cè)內(nèi)業(yè)處理，生成了測(cè)區(qū)DOM和三維立體模型，最后利用EPS軟件在計(jì)算機(jī)上完成三維裸眼測(cè)圖，獲得測(cè)區(qū)1：500地形圖。結(jié)果表明，利用無(wú)人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)圖，最終成果滿足相應(yīng)比例尺地形圖成圖精度的要求。

關(guān)鍵詞? 大疆精靈4 RTK;UAV-PPK;ContextCapture;地形圖

中圖分類號(hào)： P231.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1672-5603（2020）03-62-4

Abstract： In this paper， combined with a topographic mapping project in Yanchang County， Phantom4 RTK UAV is used to carry out low altitude aerial survey.The UAV-PPK software is used to obtain higher precision POS data， effectively improve the quality of aerial triangulation encryption solution. TheDOM and 3D model of the survey area is generated by aerial survey data processing with ContextCapture. Finally， EPS software is adopted to complete 3D open eye mapping on the computer， and 1：500 topographic map of the survey area is obtained. Itillustrates that the result， which is obtained by mapping from the data of UAV， can meet the requirements of mapping accuracy of topographic maps with corresponding scale.

Keywords： DJI Phantom4 RTK; UAV-PPK; contextCapture; topographic map

近年來(lái)，低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速[1]，在各類項(xiàng)目勘測(cè)規(guī)劃實(shí)施、項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)測(cè)中開(kāi)始被接受并大量應(yīng)用。在前人的研究中，《無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)中的應(yīng)用》一文以陜西商洛某小流域調(diào)查為例，介紹了無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)獲取調(diào)查評(píng)價(jià)所需的高清航片、高精度DEM、河道斷面等信息的流程和方法，表明航測(cè)技術(shù)能夠滿足山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作要求[2]?！稛o(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在臨汾浮山斷裂調(diào)查中的應(yīng)用》一文把無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用在臨汾浮山斷裂調(diào)查中，將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)野外調(diào)查技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，表明無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在斷裂調(diào)查中有良好的適用性[3]。大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)是一款小型四旋翼高精度航測(cè)無(wú)人機(jī)，面向低空攝影測(cè)量應(yīng)用，遙控手柄界面友好，具備厘米級(jí)定位系統(tǒng)和高性能程序系統(tǒng)，大幅度減少了傳統(tǒng)航測(cè)中所需的地面控制點(diǎn)，簡(jiǎn)化了作業(yè)流程，降低了時(shí)間成本，提高了工作效率，其獲取的數(shù)據(jù)與UAV-PPK、ContextCapture等軟件結(jié)合應(yīng)用，進(jìn)一步提高了航測(cè)的精度[4]。

1? 工程簡(jiǎn)介

延長(zhǎng)縣某工程項(xiàng)目位于陜西省延長(zhǎng)縣城北郊，附近有毛澤東舊居等景點(diǎn)（圖1）。前期地形圖測(cè)繪項(xiàng)目主要任務(wù)為1：500地形圖測(cè)繪。該測(cè)區(qū)離縣城較近，附近樓宇林立，居民地集中，地形起伏較大，為此外業(yè)主要采用無(wú)人機(jī)航測(cè)的方式，內(nèi)業(yè)采用ContextCapture軟件生成正射影像和立體模型，繼而采用EPS軟件進(jìn)行裸眼測(cè)圖。

2? 數(shù)據(jù)獲取

完成控制測(cè)量后，利用Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝作業(yè)。該無(wú)人機(jī)質(zhì)量?jī)H有1391g，便攜小巧，最大起飛海拔高度可達(dá)6000m，最大水平飛行速度可達(dá)50km/h。啟用RTK時(shí)，懸停精度能達(dá)到0.1m。Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)平面圖成圖精度能滿足GB/T 7930-2008 1：500地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范的精度要求。此外，該無(wú)人機(jī)還自帶避障系統(tǒng)，可以大大減小無(wú)人機(jī)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。由于該無(wú)人機(jī)質(zhì)量較輕，導(dǎo)致在風(fēng)速較大的情況下無(wú)法起飛，且電池容量?jī)H能支持最長(zhǎng)30分鐘的續(xù)航，因此有一定的局限性，適合地形不是非常復(fù)雜且小范圍的測(cè)區(qū)使用。

此次工程的1：500的地形圖測(cè)繪對(duì)高程精度要求較高，而采用內(nèi)置RTK技術(shù)的Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)在無(wú)相控條件下可滿足小范圍大比例尺（1：500）地形圖測(cè)繪的平面精度要求，但高程精度不能滿足規(guī)范要求[5];若加入少量控制點(diǎn)，平面和高程精度均有大幅提高，不同像控布設(shè)方案檢查點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)表明，像控點(diǎn)個(gè)數(shù)在5個(gè)、7個(gè)時(shí)達(dá)到1：500測(cè)圖精度要求[6]。故飛機(jī)起飛之前，先在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻布設(shè)了7個(gè)像控點(diǎn)，如圖2所示。然后設(shè)置航飛路線，路徑選擇常規(guī)航測(cè)路線，飛行高度為250米，航向重疊度80%，旁向重疊度60%，之后無(wú)人機(jī)按照布設(shè)的航線，用兩架次飛行拍照40分鐘后，完成航測(cè)任務(wù)安全降落（圖3）。任務(wù)獲取原始影像234張，經(jīng)檢查，影像清晰，色彩均勻，符合航測(cè)內(nèi)業(yè)的要求。

3? 數(shù)據(jù)處理

Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)獲取的影像本身包含了POS信息，可以進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。首先，利用UAV-PPK軟件解算出無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中在空中的空間三維坐標(biāo)。

3.1 后差分解算

將飛行時(shí)獲取的基站數(shù)據(jù)及原始照片POS導(dǎo)入軟件，獲取基站空間坐標(biāo)和參數(shù)，然后設(shè)置好坐標(biāo)系（本次采用CGCS2000坐標(biāo)系）和測(cè)區(qū)所在3度帶的中央經(jīng)線111°E。設(shè)置完畢后進(jìn)行解算，成果如圖4所示。無(wú)人機(jī)航片所記錄的高程為基于橢球的大地高，而基站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為正常高，本項(xiàng)目所采用的高程均為正常高，故后差分前后的高程有30米左右的差距。對(duì)于水平坐標(biāo)，后差分結(jié)果與原始POS的誤差在厘米級(jí)別，也表明無(wú)人機(jī)RTK測(cè)圖精度較高。

3.2 正射影像生產(chǎn)與三維模型重建

解算完畢后，利用ContextCapture軟件進(jìn)行DOM和DSM模型的重建和空中三角測(cè)量。ContextCapture軟件處理的具體流程如下[7]：

（1）打開(kāi)軟件，新建工程，注意工程名稱及工程目錄只能包含英文字符;

（2）新建區(qū)塊，在區(qū)塊中添加影像，將234張?jiān)加跋襁x中并導(dǎo)入工程;

（3）將UAV-PPK的解算成果導(dǎo)入，進(jìn)行空三測(cè)量;

（4）刺入控制點(diǎn)，點(diǎn)擊左側(cè)任務(wù)樹(shù)中的Chunk1，然后點(diǎn)擊測(cè)量（survey）選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊編輯控制點(diǎn)出現(xiàn)像控點(diǎn)編輯界面。刺點(diǎn)完成后在ContextCapture中再次提交空三。若外業(yè)沒(méi)有布置相片控制點(diǎn)，可直接跳過(guò)本步?？罩腥菧y(cè)量控制點(diǎn)精度見(jiàn)表1。

（5）在模型重建過(guò)程中設(shè)置瓦片。分塊大小建議1/3到2/3之間，可以導(dǎo)入KML文件以確定建模范圍，去除多余區(qū)域，節(jié)省建模時(shí)間。

（6）數(shù)據(jù)生產(chǎn)結(jié)果可保存為不同格式;若模型將來(lái)需要修正，可導(dǎo)出“osgb”格式的數(shù)據(jù);若僅為瀏覽，建議選擇導(dǎo)出不可修改的“3mx”格式的數(shù)據(jù)形式。

（7）生成三維模型后可以再次提交生產(chǎn)項(xiàng)目，最終生成正射影像。

從表1中可以看出，“空三”解算嵌入后差分處理后，控制點(diǎn)的三維空間精度均可達(dá)到厘米級(jí)?！翱杖碧幚沓晒?，我們又利用ContextCapture輸出了正射影像及立體模型，如圖5所示，以便后續(xù)采用EPS軟件實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上測(cè)圖。最終測(cè)區(qū)1：500地形圖成圖如圖6所示。

4? 結(jié)論

通過(guò)本次工程項(xiàng)目的實(shí)施，發(fā)現(xiàn)Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)航測(cè)結(jié)合UAV-PPK，獲取的數(shù)據(jù)確實(shí)具備厘米級(jí)定位的精度要求，驗(yàn)證了Phantom4 RTK獲取的高精度的POS數(shù)據(jù)信息，一定區(qū)域內(nèi)在無(wú)地面像控點(diǎn)的情況下，平面位置精度滿足大比例尺（1：500）地形圖測(cè)繪要求，高程精度需要布設(shè)少量的地面像控點(diǎn)方能精度要求。這說(shuō)明利用Phantom4 RTK結(jié)合UAV-PPK、ContextCapture等內(nèi)業(yè)處理軟件，可以大幅度減少傳統(tǒng)航測(cè)中所需的地面控制點(diǎn)，有效地提高地形圖精度，影像中可以直接采點(diǎn)提取地面的地形，從而將大部分工作量從外業(yè)測(cè)量轉(zhuǎn)向內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)測(cè)圖，最大限度地降低了測(cè)量人員外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了測(cè)量工作效率及測(cè)繪產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)/References

[1]田野，向宇，高峰，等.利用Pictometry傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行全自動(dòng)快速三維實(shí)景城市生產(chǎn)-以常州市三維實(shí)景城市生產(chǎn)為例[J].測(cè)繪通報(bào)，2013（2）：59-62.

[2]劉昌軍，郭良，岳沖.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國(guó)防汛抗旱，2014（3）：3-7.

[3]任瑞國(guó)，閆小兵，陳永前.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在臨汾浮山斷裂調(diào)查中的應(yīng)用[J].山西地震，2019（4）：27-30.

[4]邱潔，樂(lè)文強(qiáng)，黃軍勝.大疆Phantom4 RTK無(wú)人機(jī)航測(cè)在工程中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（6）：134-135.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委會(huì).GB/T7930-20081：5001：10001：2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[6]朱小飛，楊瓏，彭安安.Phantom4 RTK在1：500地形圖測(cè)繪中的精度分析[J].江西建材，2019（8）：44-46.

[7]郭有寶.大疆Phantom4 RTK三維建模內(nèi)業(yè)處理流程[J].黑龍江交通科技，2020（6）：190-192.