仿地飛行在無人機傾斜攝影測量中的應用

張強

摘? 要：為解決無人機航測區(qū)域地形高差大導致的空三無法通過或者任務實施困難等情況，多家無人機廠商提供無人機仿地飛行功能。文章主要通過無人機仿地飛行航測成果，配合全站儀、RTK外業(yè)實測數(shù)據(jù)及已有地形圖數(shù)據(jù)，對無人機仿地飛行這種在航線形態(tài)上與常規(guī)作業(yè)方式完全不同作業(yè)方式在作業(yè)效率、精度等方面進行測試。

關鍵詞：仿地飛行;傾斜攝影測量;像控點;傾斜模型;精度評定

中圖分類號：P231? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）07-0179-02

Abstract： In order to solve the situation that the aerial three can't pass or the mission is difficult to implement due to the large terrain height difference in the aerial survey area of UAV， many UAV manufacturers provide the ground simulation function of UAV. In this paper， the UAV Ground flight simulation is tested in terms of operational efficiency and accuracy， which is totally different from the conventional operation mode in terms of route form， mainly through the aerial survey results of UAV Ground flight simulation， combined with the field measurement data of total station， RTK and the existing topographic map data.

Keywords： ground imitation flight; tilt photogrammetry; image control point; tilt model; accuracy evaluation

仿地飛行，是指無人機在航測作業(yè)過程中，航線實時與三維地形保持相對固定高差。使無人機能夠適應不同的地形環(huán)境，根據(jù)地形執(zhí)行變高航線，保持重疊率與地面分辨率不受地形變化影響。

1 項目概況

漳浦朝陽水庫工程位于漳州市漳浦縣南埔鄉(xiāng)西北方向約5km。測區(qū)地勢狹長，最大高差約180米，且河道彎曲，周邊存在較多高于測區(qū)最大高度的山頭，屬山地類型。測區(qū)面積約為2.23km2，為保障影像全覆蓋進行外擴后航線面積約為3.8平方公里。其中測區(qū)2.3km2已有2012年實測1：500地形圖，作為修測底圖使用。

2 技術路線

2.1 機型選擇

針對項目高差情況以及考慮測試成本，本次選用的無人機為大疆精靈4RTK無人機，數(shù)量兩套。地面站軟件為GSRTK APP，安裝在帶屏遙控器上，使用方便。同時大疆精靈4RTK無人機屬于低空、民用、微型多旋翼無人機，機身自帶FC6310R相機，總重1391g。

為了得到穩(wěn)定、高精度的POS數(shù)據(jù)，在本次測試中千尋實時差分成果只作為定位導航使用。POS坐標獲取采用PPK模式解算?；具x擇中海達生產(chǎn)的UBASE，軟件使用比遜電子科技有限公司的UAV-PPK。

2.2 作業(yè)流程

仿地飛行無人機傾斜攝影測量與傳統(tǒng)傾斜攝影航攝的作業(yè)流程，主要區(qū)別都集中在航線規(guī)劃方面，航線規(guī)劃設計需要已有的地形地貌數(shù)據(jù)作為航線計算支撐。

本項目主要使用的空三建模軟件為Context Capture Center，成圖軟件為EPS地理信息工作站結合南方CASS實現(xiàn)。整個流程包含飛前數(shù)據(jù)準備、航線規(guī)劃、相控點測量、無人機航拍、數(shù)據(jù)處理及模型生產(chǎn)、外業(yè)調繪、數(shù)字線劃圖成圖七個部分。

3 項目實施

3.1 項目目標

（1）對原有1：500地形圖進行修測，提供合格的、滿足漳浦朝陽水庫工程項目使用的地形圖。測試飛行作業(yè)方式的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定性。

（2）測試由無人機傾斜攝影仿地飛行作業(yè)方式生產(chǎn)的，3cm地面分辨率的傾斜模型平面、高程精度是否達到1：500地形圖要求。

3.2 飛行作業(yè)前準備工作

3.2.1 DEM模型

第一步，利用已有1：500地形圖結合1：10000地形圖高程數(shù)據(jù)，建立5m分辨率的DEM模型。DEM模型覆蓋全測區(qū)并向外延伸30。最后將85高程系統(tǒng)的DEM數(shù)據(jù)換算為橢球高。

第二步，為了避免無線電通信被山體阻隔而造成飛行器失聯(lián)，將DEM進行分區(qū)，分區(qū)間重疊50m。分區(qū)依據(jù)主要考慮的因素有：起飛點、地形高差、山脊線。

3.2.2 航線規(guī)劃

以DEM分區(qū)情況為基礎，結合仿地飛行模式進行航線設計。由于精靈4RTK是單鏡頭平臺，所以正射、傾斜相片需要分航次進行采集。如要完成本次任務，無人機行高較低。

3.3 像控點測量

由于使用高精度POS坐標進行解算，像控點數(shù)量做了適當?shù)臏p少，像控點間間隔不超過600米（20000像素）。測區(qū)共布設24個像控點，12個像控檢查點。

3.4 無人機航拍

每航次作業(yè)均對硬件設備、地面站參數(shù)進行檢查，確認無誤后方可起飛。相機設置，精靈4RTK FC6310相機采用8.8mm鏡頭，本次測試相機參數(shù)為：IS0值100～200;快門速度為1/500～1/840;光圈5.6。最大像點位移為1.5cm，小于等于0.5個像素要求（3cm*0.5）。

本次項目在同時使用兩套精靈4RTK無人機進行作業(yè)的情況下，共耗時11個小時（跨度兩天）完成任務。共飛行49個架次，獲取照片數(shù)量17618張，數(shù)據(jù)完整，質量合格。

3.5 數(shù)據(jù)處理及模型生產(chǎn)

數(shù)據(jù)處理及模型生產(chǎn)均采用Context Capture Center軟件進行，將照片和POS數(shù)據(jù)及相機檢校參數(shù)導入軟件，提交空三計算。通過后，加入24個像控點坐標數(shù)據(jù)，進行刺點，進行空三計算。空三結果合格后，進入模型重建生產(chǎn)環(huán)節(jié)。為了后期提供EPS平臺成圖，傾斜模型格式采用OSGB格式。基本流程如下：點云數(shù)據(jù)生產(chǎn);點云構TIN;TIN生成白模型;紋理自動映射生成模型。

3.6 數(shù)字線劃圖成圖

以EPS2016地理信息工作站為矢量繪圖平臺，利用傾斜攝影模型進行高精度地形數(shù)據(jù)的矢量采集工作，無需佩戴立體眼鏡，可直接在模型上進行矢量采集，屬性編輯，并形成數(shù)字線劃地形圖。結合外業(yè)調繪數(shù)據(jù)與原有1：500地形圖進行成圖工作。

4 精度分析

測區(qū)共采集24個像控點成果，12檢查點成果，其中22像控點參與刺點平差，12個檢查點全部用于質量檢查，空三質量合格，滿足項目生產(chǎn)需求。具體較差結果如表2顯示。

5 結論

通過仿地飛行在無人機傾斜攝影測量在漳浦朝陽水庫工程1：500地形圖修測項目中的應用，仿地飛行航測成果精度達到了1：500數(shù)字航空攝影測量空中三角測量、地形圖規(guī)范要求，仿地飛行航測方案，可以為大比例尺地形圖數(shù)據(jù)采集提供新的技術選擇路線。相比原有的飛行方式，仿地飛行在作業(yè)成本、作業(yè)效率以及成果精度上都有顯著提升。

參考文獻：

[1]1：500 1：1000 1：2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S].

[2]數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范[S].

[3]1：500 1：1000 1：2000外業(yè)數(shù)字測圖規(guī)程[S].

[4]1：500 1：1000 1：2000地形圖數(shù)字化規(guī)范[S].

[5]測量成果質量檢查與驗收[S].

[6]周曉波，王軍，周偉.基于無人機傾斜攝影快速建模方法研究[J].現(xiàn)代測繪，2017，01：40-42.

[7]楊國東，王民水.傾斜攝影測量技術應用及展望[J].測繪與空間地理信息，2016，01：13-15+18

[8]譚金石，黃正忠.基于傾斜攝影測量技術的實景三維建模及精度評估[J].現(xiàn)代測繪，2015，05：21-24.