王春生，楊魯強(qiáng)，王 楊，魏傳喜，任江龍

(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津300222)

一、概 述

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)包括飛行平臺(tái)、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)飛控系統(tǒng))、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)碼攝像設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、地面保障設(shè)備。

該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害勘查、海洋資源與環(huán)境監(jiān)測(cè)、林業(yè)草場(chǎng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，也可在水利工程測(cè)量中應(yīng)用。本文以在水利工程測(cè)量中采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)為例，介紹其實(shí)施方案并分享成功經(jīng)驗(yàn)。

作業(yè)設(shè)計(jì)需根據(jù)地面分辨率、航攝范圍的要求、航攝時(shí)間、航線布設(shè)、影像重疊度、分區(qū)等作業(yè)情況及要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二、作業(yè)方案

筆者所在單位在某水利工程測(cè)繪任務(wù)中采用了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)共實(shí)施了7個(gè)架次的飛行工作，飛行設(shè)計(jì)航線見(jiàn)圖1。該工程的平面控制布設(shè)了四等GPS網(wǎng)，共埋設(shè)24個(gè)GPS標(biāo)石點(diǎn)，聯(lián)測(cè)3個(gè)國(guó)家三角點(diǎn);高程控制采用四、五等幾何水準(zhǔn)測(cè)量成果;像控點(diǎn)采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案，航向相鄰像控點(diǎn)的跨度8～12條基線，像控點(diǎn)一般布設(shè)在航向及旁向六片或五片重疊范圍內(nèi);采用GPS-RTK方式聯(lián)測(cè)像控點(diǎn)三維坐標(biāo)。測(cè)量時(shí)置信度設(shè)置在99．9%，在固定解狀態(tài)HRMS≤0．02 m且VRMS≤0．02 m時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最終采用兩次測(cè)量值均值作為像控點(diǎn)最終成果。航空攝影采用無(wú)人機(jī)，實(shí)施了7個(gè)架次的航攝，航攝儀采用Canon 5DMarkII，地面分辨率為17 cm;航測(cè)內(nèi)業(yè)空三加密采用Inpho，采用VirtuoZo NT 3．5采集地形地物要素，結(jié)合航外調(diào)繪資料采用南方CASS9．1地形地籍成圖軟件編輯成圖，輸出最終成果。具體工作流程見(jiàn)圖2。

圖1 工作流程圖

三、實(shí)施概述

以筆者所在單位在某水利工程測(cè)量中運(yùn)用的無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在工程測(cè)量中的配置、航飛成果及空中三角測(cè)量等情況。

1．低空攝影測(cè)量

工程實(shí)施過(guò)程中采用的航攝儀是Canon EOS 5D MarkⅡ，共進(jìn)行了7個(gè)架次的航攝，累計(jì)航線數(shù)36條、相片張數(shù)3383張，航飛成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 各攝區(qū)航飛成果統(tǒng)計(jì)

像片傾斜角小于4．5°，旋偏角小于15°，航線彎曲度小于3%。實(shí)際航線偏離設(shè)計(jì)航線不大于像片上1 cm。同航線高差小于30 m，實(shí)際與設(shè)計(jì)航向小于30 m。像片位移誤差小于30m。

由上可知無(wú)人機(jī)航攝成果飛行質(zhì)量和攝影質(zhì)量等各項(xiàng)指標(biāo)均合格。

2．空中三角測(cè)量

利用像控片(JPG格式)、點(diǎn)之記說(shuō)明(JPG格式)、像控點(diǎn)成果(XLS格式)、帶展點(diǎn)號(hào)及范圍線的結(jié)合圖(DWG)等資料，在VirtuoZo數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站采用Inpho軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量加密。由于工期緊迫為了緊趕進(jìn)度，在加密時(shí)進(jìn)行了分區(qū)加密，各個(gè)區(qū)域獨(dú)立成圖以提高作業(yè)效率。其中，第1～第5架次單獨(dú)組成區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行加密解算，測(cè)區(qū)名稱(chēng)分別為 Sub01 、Sub002 、Sub003、Sub004B、Sub005B;第6架次分了3個(gè)區(qū)域，第1和第2區(qū)域分別組成區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行加密解算，測(cè)區(qū)名稱(chēng)為Sub06_1、Sub06_2;第3個(gè)區(qū)域與第7架次組成區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行加密解算，測(cè)區(qū)名稱(chēng)為Sub07_0603。

(1)加密流程

空三加密的流程如圖3所示。

(2)加密點(diǎn)量測(cè)和解算

空三加密點(diǎn)采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)匹配。內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)盡量布滿像片全部范圍，6°重疊的航帶連接點(diǎn)每張像片不少于3個(gè)。按3×3標(biāo)準(zhǔn)位置選點(diǎn)，每個(gè)區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量不少于3個(gè)，并盡可能地將模型連接差和航帶連接差降到最低，加強(qiáng)圖形構(gòu)網(wǎng)強(qiáng)度的檢查，在少點(diǎn)位置予以補(bǔ)點(diǎn)。因?yàn)楹狡綌z比例尺平均為1∶23 000的航片，所以對(duì)于加密使用的人工點(diǎn)的切準(zhǔn)精度，均經(jīng)過(guò)第二人的切準(zhǔn)核實(shí)，以提高切準(zhǔn)的可靠性。

圖3 空三加密的流程圖

(3)平差解算

運(yùn)用Inpho自帶平差軟件解算，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。通過(guò)剔除粗差、迭代計(jì)算、人工編輯盡可能地提高精度。

(4)質(zhì)量控制

空三加密主要檢查的內(nèi)容：航片畸變改正、信息文件設(shè)置、相機(jī)文件設(shè)置、像點(diǎn)匹配、航帶連接、外業(yè)像控點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺以及平差處理等。

(5)質(zhì)量檢查

1)模型連接精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。項(xiàng)目空中三角測(cè)量報(bào)告統(tǒng)計(jì)出模型連接的平面位置較差最大值是0．313m，最小值是 0．066 m;高程較差最大值是0．162m，最小值是0．035 m，說(shuō)明模型連接的精度較高，滿足規(guī)范要求。

表2 模型連接較差統(tǒng)計(jì)表m

2)本項(xiàng)目空三加密精度統(tǒng)計(jì)(1/5000成圖)見(jiàn)表3。

表3 空三加密精度統(tǒng)計(jì)(1/5000成圖)表 m

經(jīng)統(tǒng)計(jì)空三加密測(cè)量成果符合規(guī)范要求。表3說(shuō)明成圖精度可靠，完全滿足工程需要，符合規(guī)范要求。立體模型檢測(cè)圖幅等高線高程中誤差統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。通過(guò)上述各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在該水利工程測(cè)量中的應(yīng)用是成功的。

表4 立體模型檢測(cè)圖幅等高線高程中誤差統(tǒng)計(jì)表m

四、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用廣泛且靈活、投入成本較小經(jīng)濟(jì)效益可觀;該技術(shù)對(duì)于1∶5000、1∶10 000地形圖測(cè)量的精度完全能夠滿足，在作業(yè)中因像控點(diǎn)布設(shè)的不同、模型分區(qū)的不同等因素將會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，作業(yè)中需注意接邊誤差，盡量采用Inpho軟件自動(dòng)處理，配合人工匹配、人工檢查使空三成果更加可靠。

(略)