大疆RTK無人機在高速公路宗地測量中的應用研究

劉愉 熊先華

1. 中榕規(guī)劃設計有限公司 湖南 長沙 410200；

2. 長沙測繪有限公司 湖南 長沙 410000

引言

在傳統(tǒng)的高速公路宗地測量工作中，由于受高速公路長度、距離帶狀特性等限制，在利用傳統(tǒng)測量方法工作量大，同時容易受到測區(qū)環(huán)境天氣的影響，造成質(zhì)量不易控制。而采用RTK測量法和全站儀測量法，在宗地測量工作中會消耗掉大量的人力物力，對于高速公路帶狀特性，采用網(wǎng)絡RTK或者全站儀測量均存在控制點布設和碎部測量均存在困難，整個測量工作的周期、精度、效率均受到一定的影響。通過使用無人機航空攝影測量技術(shù)避免了傳統(tǒng)測量技術(shù)存在的各種缺陷和不足；利用無人機的高效、快速獲取高速公路帶狀航空影像可在數(shù)字攝影測量工作站上高效進行數(shù)字化地形圖測量；工程成本投入以及測量精確度方面都有著明顯的優(yōu)勢。隨著最近無人機實時網(wǎng)絡差分技術(shù)的發(fā)展，無人機航空攝影測量得到了快速發(fā)展。在我國高速公路工程勘測到宗地測量工作中，尤其在地形復雜的山區(qū)對測量工作效率有較大提高，同時有效保證了測量工作的整體精度和作業(yè)人員的安全性，對提高高速公路確權(quán)單位的工作效率和經(jīng)濟效益都有著重要的保障。

1 大疆精靈4RTK無人機

大疆精靈4RTK是一款小型多旋翼高精度航測無人機，面向低空攝影測量應用，具備厘米級導航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，便攜易用，全面提升航測效率。精靈4RTK集成全新RTK模塊，擁有更強大的抗磁干擾能力與精準定位能力，提供實時厘米級定位數(shù)據(jù)，顯著提升圖像元數(shù)據(jù)的絕對精度。并支持PPK后處理。飛行器持續(xù)記錄衛(wèi)星原始觀測值、相機曝光文件等數(shù)據(jù)，在作業(yè)完成后，用戶可直接通過DJI云PPK服務解算出高精度位置信息。定位系統(tǒng)支持連接D-RTK2高精度GNSS移動站，并可通過4G無線網(wǎng)卡或WiFi熱點與NTRIP連接。實現(xiàn)了飛控、相機與RTK的時鐘系統(tǒng)微秒級同步，相機成像時刻毫秒級誤差。對相機鏡頭光心位置和RTK天線中心點位置進行補償，減少位置信息與相機的時間誤差，為影像提供更精確的位置信息。具有1英寸2000萬像素CMOS傳感器捕捉高清影像。機械快門支持高速飛行拍攝，有效避免建圖精度降低。借助高解析度影像，精靈4RTK在100m飛行高度中的地面采樣距離（GSD）可達2.74cm。每個相機鏡頭都經(jīng)過嚴格工藝校正，以確保高精度成像。畸變數(shù)據(jù)存儲于每張照片的元數(shù)據(jù)中，方便用戶使用后期處理軟件進行針對性調(diào)整[1]。

2 山區(qū)高速公路無人機航攝技術(shù)的應用

2.1 航線規(guī)劃及航空攝影

利用大疆提供的DJIPilot地面站設計山區(qū)高速公路航攝飛行線路，按大疆軟件設計，飛行最遠距離不大于2公里，航帶自動按三條航帶生成，旁向重疊度大于70%，航向重疊度80%；在山區(qū)受地形影響航飛相對高度設計在120～80m之間，航攝像片地面分辨率小于5cm。由于山區(qū)地形復雜，部分區(qū)域存在大區(qū)域的護坡和擋墻設計，航飛設計時應充分考慮護坡高差及范圍，在局部區(qū)域應及時補飛區(qū)域性航片，不能按照帶狀航線進行設計。高速公路的服務區(qū)、停車區(qū)、交叉互通、收費站等由于占地面積大應設計區(qū)域性航飛線路，也不能按照帶狀航線設計。

2.2 相控點測量及空中三角測量

采用大疆精靈4RTK無人機進行航攝工作，飛行平臺提供了飛行過程中實時動態(tài)差分的POS數(shù)據(jù)，同時也提供可后處理的GNSS觀測數(shù)據(jù)可與地面站進行后差分處理。采用實時差分的POS數(shù)據(jù)存儲在大疆無人機拍攝的原始航片內(nèi)嵌的XMP元數(shù)據(jù)中，無須單獨整理及提取。

需要注意部分空三測量軟件不支持讀取XMP元數(shù)據(jù)格式，需單獨處理；部分空三測量軟件讀取的是原始航片EXIF位置信息文件，EXIF的位置信息文件并不是實時差分的位置成果，而是無人機提供的GNSS單點定位成果，誤差較大，不能作為GNSS輔助空中三角測量初始成果使用[2]。

空中三角測量采用GNSS輔助空中三角測量的方式，大疆RTK提供的POS位置精度基本達到了厘米級精度，在相控點布設和施測上可大量節(jié)省外業(yè)工作；一般布設原則為在航攝區(qū)域的四周及中間布設相控點即可；帶狀航攝區(qū)域在帶狀起始位置分別布設一對相控點，帶狀航線的中間位置隨機布設適當?shù)南嗫攸c即可。相控點的測量一般采用網(wǎng)絡RTK方式進行，在測量過程中需要注意高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換；目前各類CROS服務中心只提供大地高高程系統(tǒng)，不提供正常高系統(tǒng)，需要在測量過程中進行轉(zhuǎn)換。

空中三角測量需要對航飛的數(shù)據(jù)進行分區(qū)域分段的進行空中三角測量工作，完成內(nèi)定向、相對定向、絕對定向后，利用外測量的像控點對空中三角測量平差成果進行精度評定；一般高速公路宗地測量采用1∶2000比例尺精度，按照GB/T7930-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影內(nèi)業(yè)規(guī)范》要求空中三角測量中加密點、地物點中誤差達到相關要求即可。

利用空中三角測量成果分別導出項目區(qū)域內(nèi)的立體像對模型、實景三維模型、數(shù)字正射影像成果、數(shù)字表面模型成果

2.3 宗地圖測量

使用空中三角測量導出的立體像對模型成果，數(shù)字正射影像成果，實景三維模型成果在數(shù)字攝影測量工作站或地信信息工作站軟件中采集高速公路范圍內(nèi)及附近位置的地物、地貌要素；同時編制宗地圖。

測量的高速公路實際用地范圍成果需要與高速公路所有權(quán)單位進行核對，是否有遺漏及多測情況；同時與自然資源部門批復用地范圍進行核對[3]。

圖1 高速公路宗地圖

圖2 航空正射影像圖

圖3 三維模型圖（一）

圖4 三維模型圖（二）

3 結(jié)束語

將無人機有效運用在復雜工作的測量工作中，不管是在測量的效率還是測量精確度方面相比于傳統(tǒng)的測量方法都有著較大的優(yōu)勢。通過無人機測繪技術(shù)的有效使用，節(jié)省了大量的人力物力，提高了測繪工作的整體效率；使用無人機航攝開展高速公路的宗地測量，使用無人機航攝時，一條里程在100公里的高速公路航攝及外業(yè)控制測量時間不超過5個工作日，內(nèi)業(yè)空三測量、宗地圖測繪時間可有效控制在15個工作日以內(nèi)；在高速公路工程的建設運維過程當中發(fā)揮出了至關重要的作用。