飛馬無(wú)人機(jī)在1:2000地形圖快速成圖中的應(yīng)用

一、項(xiàng)目背景

1.1項(xiàng)目介紹

我國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)風(fēng)能資源豐富，其作為鄰近華北、東北和西北電網(wǎng)的負(fù)荷中心，是國(guó)家落實(shí)可再生能源發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)地區(qū)、是開(kāi)發(fā)建設(shè)百萬(wàn)及千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地的重要地區(qū)，被國(guó)家確定為“風(fēng)電三峽”基地。

為了保障風(fēng)電建設(shè)項(xiàng)目的順利實(shí)施，我司受甲方委托，協(xié)助甲方在20天內(nèi)完成了內(nèi)蒙古自治區(qū)某地1619平方公里的1：1000數(shù)字正射影像、1：1000數(shù)字高程模型、1：2000數(shù)字線(xiàn)劃圖的制作任務(wù)。該項(xiàng)目要求時(shí)效性強(qiáng)，因此所有成果為全新數(shù)據(jù)采集，非修補(bǔ)測(cè)。

圖1.1 1測(cè)區(qū)范圍

圖1.2 2測(cè)區(qū)范圍

1.2項(xiàng)目特點(diǎn)

（1）有人機(jī)因航高問(wèn)題短時(shí)間內(nèi)無(wú)法審批，因此無(wú)法采用有人機(jī)作業(yè)。

（2）該地區(qū)常年風(fēng)力較大，且項(xiàng)目實(shí)施月份大風(fēng)、降雨等惡劣天氣較多，因此需要選擇抗風(fēng)性能好、效率高的無(wú)人機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

（3）該測(cè)區(qū)以草原地貌為主，無(wú)法選到適合的事后像控點(diǎn)位，而且牧民對(duì)草場(chǎng)非常重視，如果給草場(chǎng)帶來(lái)?yè)p害會(huì)造成不良影響，因此布設(shè)事前像控也較困難。

（4）在空三過(guò)程中，如果通過(guò)傳統(tǒng)刺像控點(diǎn)的方式進(jìn)行空三處理，需要耗費(fèi)大量的選片刺點(diǎn)時(shí)間，增加了空三作業(yè)時(shí)間。

（5）該項(xiàng)目要求總工期為20天，包含前期的控制作業(yè)，且最終成果幾乎涵蓋了全部的4D產(chǎn)品，并要求統(tǒng)一提交。若采用傳統(tǒng)手段，僅完成DLG線(xiàn)劃圖一項(xiàng)就需要組織不少于80~100人的專(zhuān)業(yè)測(cè)圖隊(duì)伍，但實(shí)際投入人員僅有25人。

二、技術(shù)路線(xiàn)

圖2.1 技術(shù)路線(xiàn)流程圖

三、作業(yè)流程

3.1 控制測(cè)量

根據(jù)甲方需求，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)建立了一套D級(jí)GPS平面控制網(wǎng)，并提供國(guó)家西安80和國(guó)家CGCS2000兩套坐標(biāo)系統(tǒng)的控制成果。

3.1.1 控制點(diǎn)埋石

埋石按照技術(shù)要求規(guī)格制作，預(yù)制樁中心埋設(shè)7cm帶測(cè)量標(biāo)志的不銹鋼構(gòu)件。

圖3.1 控制點(diǎn)埋石

3.1.2 靜態(tài)觀(guān)測(cè)及處理

在靜態(tài)控制施測(cè)前，根據(jù)靜態(tài)控制網(wǎng)的布設(shè)方案、規(guī)模的大小、精度要求、衛(wèi)星星座的選擇、參與作業(yè)的GPS接收機(jī)數(shù)量以及后勤保障條件（交通、通信）等，制定了詳細(xì)的觀(guān)測(cè)計(jì)劃。

該項(xiàng)目外業(yè)靜態(tài)數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)共投入作業(yè)人員十二人，GPS接收機(jī)十二臺(tái)，共觀(guān)測(cè)了四十二個(gè)GPS點(diǎn)位，每天觀(guān)測(cè)三個(gè)時(shí)段，歷時(shí)三天完成了整個(gè)區(qū)域的靜態(tài)數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)和解算。

3.2 無(wú)人機(jī)外業(yè)采集

3.2.1 無(wú)人機(jī)選型

根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，該項(xiàng)目最終選用了飛馬F300電動(dòng)無(wú)人機(jī)作為飛行平臺(tái)。首先，該款無(wú)人機(jī)最大起飛重量小于7公斤，屬于輕型無(wú)人機(jī)，且具備第三方責(zé)任險(xiǎn)，符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定。其次，該款無(wú)人機(jī)支持RTKPPK融合技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)免像控作業(yè)，從而解決了內(nèi)蒙地區(qū)難以布設(shè)像控的困難。同時(shí)，該無(wú)人機(jī)在5級(jí)風(fēng)力情況下可以安全穩(wěn)定的飛行，適宜在該測(cè)區(qū)應(yīng)用。飛馬F300電動(dòng)無(wú)人機(jī)搭載了SONY黑卡相機(jī)，該相機(jī)具備4200萬(wàn)像素，可以滿(mǎn)足傳統(tǒng)立體測(cè)圖的需要。

表3.1 飛馬無(wú)人機(jī)技術(shù)參數(shù)表

3.2.2外業(yè)檢查點(diǎn)布設(shè)及采集

該項(xiàng)目選用的無(wú)人機(jī)機(jī)型，支持免像控功能，原則上不需要布設(shè)像控點(diǎn)。但是為了后期檢查成果精度的需要，在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，布設(shè)適當(dāng)?shù)臋z查點(diǎn)。為了提高作業(yè)效率，檢查點(diǎn)的布設(shè)與區(qū)域控制點(diǎn)的布設(shè)重疊，在控制測(cè)量觀(guān)測(cè)的同時(shí)，采集外業(yè)檢查點(diǎn)成果。

圖3.4 控制點(diǎn)和航測(cè)檢查點(diǎn)重疊觀(guān)測(cè)

3.2.3 影像數(shù)據(jù)采集

（1）地面布設(shè)相片精度檢查點(diǎn)

圖3.5 檢查點(diǎn)布設(shè)

（2）飛控軟件（地面站）設(shè)置

①飛行各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置

圖3.6 飛行參數(shù)設(shè)置

②航線(xiàn)設(shè)置

圖3.7 航線(xiàn)規(guī)劃設(shè)置

（3）架次劃分

1測(cè)區(qū)F300無(wú)人機(jī)共計(jì)飛行45架次，合計(jì)飛行401平方公里。

2測(cè)區(qū)F300無(wú)人機(jī)共計(jì)飛行132架次，合計(jì)飛行約1225平方公里。

圖3.8 1測(cè)區(qū)各架次分布狀況

圖3.9 2測(cè)區(qū)各架次分布狀況

（4）無(wú)人機(jī)手拋起飛

圖3.10 無(wú)人機(jī)手拋起飛

（5）飛行質(zhì)量檢查

本項(xiàng)目飛行質(zhì)量較好，航線(xiàn)彎曲度較小，飛行時(shí)間都選在陽(yáng)光充足、風(fēng)向穩(wěn)定的時(shí)段。

像片有效范圍覆蓋了技術(shù)設(shè)計(jì)要求的全部攝區(qū)。在航向上超出成圖范圍的基線(xiàn)均在一條以上，旁向上超出成圖范圍均為像幅的30%以上，全區(qū)無(wú)攝影絕對(duì)漏洞。航向重疊：一般在 75%左右，最小為 70%，最大達(dá) 80%，滿(mǎn)足成圖要求。旁向重疊：一般在 60%左右，最小為 55%，最大達(dá) 65%，滿(mǎn)足成圖要求。像對(duì)中像片旋偏角：一般小于 4°，有少數(shù)像對(duì)在 5°～7°之間。航線(xiàn)彎曲度：所有的彎曲度均小于 2%，符合設(shè)計(jì)要求。

3.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

3.3.1 內(nèi)業(yè)處理流程

圖3.11 內(nèi)業(yè)處理流程圖

3.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版軟件，該系統(tǒng)空三像點(diǎn)精度優(yōu)于 2/3 個(gè)像素，正射影像精度不大于3個(gè)像素，成圖精度滿(mǎn)足1:1000 DOM、1：1000DEM 和 1：2000DLG精度。

3.3.3 空三加密

采用無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版軟件進(jìn)行空三加密，加密點(diǎn)誤差不大于3個(gè)像素?？杖用艹晒麧M(mǎn)足 1:2000 比例尺成圖要求：地物點(diǎn)位中誤差小于0.3m，高程中誤差小于0.5m。

圖3.12 檢查點(diǎn)預(yù)測(cè)

圖3.13 檢查點(diǎn)精度報(bào)告

3.3.4 DOM與DEM生產(chǎn)

采用無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版軟件進(jìn)行DOMDEM的數(shù)據(jù)生產(chǎn)。通過(guò)生成密集點(diǎn)云得到正射影像成果，充分檢查落在建筑、大型植被等處的高程點(diǎn)云。利用飛馬智激光模塊分類(lèi)過(guò)濾點(diǎn)云，輸出DEM。

圖3.14點(diǎn)云過(guò)濾后生成DEM

3.3.5 DLG生產(chǎn)

利用空三成果DOM及DEM，導(dǎo)入測(cè)圖軟件，手動(dòng)采集地物地貌，智激光點(diǎn)云分類(lèi)，導(dǎo)出等高線(xiàn)，用于地形圖編輯時(shí)作為輔助檢查和參照。

圖3.15生成等高線(xiàn)

圖3.16 生成等高線(xiàn)與修測(cè)等高線(xiàn)對(duì)比

四、航測(cè)精度情況

4.1 空三精度情況

表4.1精度檢查表

4.2 平面及高程精度情況

4.1平面精度情況

圖4.2高程精度情況

表4.2部分調(diào)繪點(diǎn)精度檢查

4.3 空三接邊精度檢查

4.3.1不同架次接邊位置平面精度檢查

圖4.3五架次接邊處影像

圖4.4六架次接邊處影像

4.3.2不同架次接邊位置高程精度檢查

圖4.5 五架次接邊處數(shù)字高程模型

圖4.6 六架次接邊處數(shù)字高程模型

五、總結(jié)

5.1飛馬F300無(wú)人機(jī)抗風(fēng)及續(xù)航性能

內(nèi)蒙地區(qū)8月份平均風(fēng)力在4級(jí)以上。在5級(jí)風(fēng)力情況下，飛馬F300無(wú)人機(jī)的飛行航時(shí)不低于1小時(shí)，航程57公里左右。在地面分辨率為8cm時(shí)，單架次作業(yè)面積在9.5平方公里左右。同時(shí)外業(yè)影像數(shù)據(jù)獲取的質(zhì)量穩(wěn)定，各架次間的精度滿(mǎn)足技術(shù)設(shè)計(jì)要求。

正是因?yàn)轱w馬無(wú)人機(jī)的高效率，以及組裝過(guò)程的便捷性，使得在外業(yè)航測(cè)實(shí)施過(guò)程中，單架無(wú)人機(jī)一天可飛行十架次，總面積達(dá)100平方公里。本次項(xiàng)目共動(dòng)用了四架飛馬F300無(wú)人機(jī)，實(shí)際耗時(shí)5天即完成了外業(yè)影像數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，為內(nèi)業(yè)工作爭(zhēng)取了大量的時(shí)間。

除此之外，由于飛馬F300無(wú)人機(jī)的智能化程度很高，在該項(xiàng)目中，飛手在外業(yè)飛行時(shí)，可以同時(shí)控制兩架無(wú)人機(jī)開(kāi)展作業(yè)。這些都為項(xiàng)目的進(jìn)度提供了可靠的保障。

圖6.1外業(yè)飛行設(shè)置

5.2 飛馬F300在免像控中的優(yōu)勢(shì)

飛馬F300無(wú)人機(jī)免像控效果顯著，尤其本次項(xiàng)目需求1:2000線(xiàn)劃圖成果，經(jīng)過(guò)多方面精度的檢查，飛馬F300無(wú)人機(jī)免像控的成果精度，完全符合設(shè)計(jì)要求。相比傳統(tǒng)依靠地面像控點(diǎn)的作業(yè)方式，其節(jié)省了大量的外業(yè)像控采集的作業(yè)人員和作業(yè)時(shí)間，使得外業(yè)人員主要工作集中在外業(yè)調(diào)繪等工序中。同時(shí)免像控也大幅度提升了內(nèi)業(yè)空三的作業(yè)效率，減少了空三所占用的大量時(shí)間。

5.3 無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版影像處理的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版對(duì)于影像畸變的處理算法，使得空三成果精度得到有效保障。且在無(wú)人干預(yù)即不手動(dòng)添加人工連接點(diǎn)的情況下，空三通過(guò)率較高。通過(guò)170多架次的空三解算來(lái)看，無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版一次性滿(mǎn)足精度的通過(guò)率在98%以上。

5.4 無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版在數(shù)據(jù)成果方面的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版可以導(dǎo)出包括DOM、DSM、點(diǎn)云等成果。尤其是在DOM面積較大，成果文件大小超過(guò)2Gb時(shí)自動(dòng)生成了金字塔。這樣在往測(cè)圖軟件導(dǎo)入過(guò)程中，就不需要額外等待建立金字塔的過(guò)程，以及漫長(zhǎng)的加載過(guò)程，提高了內(nèi)業(yè)測(cè)圖的效率。

而伴隨著飛馬激光的應(yīng)用，無(wú)人機(jī)管家專(zhuān)業(yè)版中的點(diǎn)云分類(lèi)、DEM生成、等高線(xiàn)生成等都為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)提供了更加準(zhǔn)確和詳細(xì)的參考依據(jù)。在很大程度上提高了繪制等高線(xiàn)的效率。

六、成果照片

6.1 線(xiàn)劃圖成果與正射影像套合

圖6.1 部分DOM（正射影像）及DLG（線(xiàn)劃圖）

6.2 線(xiàn)劃圖成果與數(shù)字高程模型套合

圖6.2 部分DEM(數(shù)字高程模型)及DLG（線(xiàn)劃圖）