無(wú)人機(jī)在大比例尺地形測(cè)量中的應(yīng)用

熊世旺

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

現(xiàn)以大疆精靈4RTK無(wú)人機(jī)配合pix4dmapper軟件和清華山維EPS軟件為例，介紹一下xx水電站吉介土棄土場(chǎng)1∶2000比例尺地形測(cè)量的方法。

1 大疆精靈4RTK無(wú)人機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

型號(hào) Phantom4RTK飛行時(shí)間 約30分鐘懸停精度 啟用RTK且RTK正常工作時(shí)：垂直：±0.1m；水平：±0.1m衛(wèi)星定位模塊定位精度：垂直1.5cm+1ppm（RMS）；水平1cm+1ppm（RMS）1ppm是指飛行器每移動(dòng)1km誤差增加1mm像素 有效像素2000萬(wàn)（總像素2048萬(wàn)）相機(jī)焦距8.8mm主要參數(shù)建圖精度：滿足GB/T7930-20081∶500地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范（簡(jiǎn)稱“1∶500規(guī)范”）的精度要求地面采樣距離（GSD）： （H/36.5）cm/pixel，H為飛行器相對(duì)于拍攝場(chǎng)景的飛行高度（單位：米）采集效率：?jiǎn)未物w行最大作業(yè)面積約1km2 （飛行高度182m，即GSD約5cm/pixel，滿足1∶500規(guī)范要求）

2 測(cè)區(qū)的概況

XX水電站吉介土棄土場(chǎng)位于瀾滄江左岸電站壩址上游1.5km處。測(cè)區(qū)上下游長(zhǎng)度約2km，左右岸寬度約0.4km，測(cè)圖面積約為0.8km2。測(cè)圖范圍內(nèi)地形較為平坦，高差起伏不大，且植被已清除，居民已搬遷，房屋已拆除，對(duì)于使用無(wú)人機(jī)測(cè)量地形圖自然環(huán)境相對(duì)有利。

3 測(cè)前準(zhǔn)備

3.1 像控點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量

像控點(diǎn)的精度和數(shù)量直接影響到數(shù)據(jù)后處理的精度，所以像控點(diǎn)必須盡量規(guī)范、嚴(yán)格和精準(zhǔn)。像控點(diǎn)盡量選擇在地勢(shì)平坦，不易破壞的地方。應(yīng)避免樹(shù)木、電線、房角等容易被物體遮擋的地方，像控點(diǎn)標(biāo)志物應(yīng)與地表顏色應(yīng)形成鮮明的對(duì)比，易于分辨。布設(shè)像控點(diǎn)的材料應(yīng)選擇能夠持久存在的材料，如噴漆、膠帶等。距測(cè)區(qū)邊緣應(yīng)有一定距離，防止距離邊緣較近，影響成圖精度。綜合上述本工程采用正規(guī)布點(diǎn)方法均勻布設(shè)在測(cè)區(qū)內(nèi)，全野外布設(shè)了15個(gè)像控點(diǎn)。

像控點(diǎn)采用測(cè)區(qū)附近的高等級(jí)控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)，經(jīng)過(guò)復(fù)核無(wú)誤后，用GNSSRTK模式進(jìn)行測(cè)量，基準(zhǔn)站架設(shè)在測(cè)區(qū)中央或最高處，以保證數(shù)據(jù)鏈的無(wú)遮擋傳輸。設(shè)置基準(zhǔn)站、移動(dòng)站、求取轉(zhuǎn)換參數(shù)。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取時(shí)，已知控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)不小于3點(diǎn)，并且轉(zhuǎn)換參數(shù)的殘差值小于0.02m，像控點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間均大于60s。施測(cè)時(shí)應(yīng)盡量檢測(cè)原有高等級(jí)或同等級(jí)控制點(diǎn)是否與原成果一致以作檢核，其目的是更好的保證像控點(diǎn)的點(diǎn)位精度。

3.2 外業(yè)航拍

①起飛前檢查；②檢查無(wú)人機(jī)和遙控器電量是否充足；③內(nèi)存卡是否安裝好；④螺旋槳安裝是否牢固；⑤平板和遙控器是否通過(guò)數(shù)據(jù)線連接；⑥返航點(diǎn)是否刷新。

3.3 測(cè)區(qū)航線規(guī)劃

在外業(yè)數(shù)據(jù)采集前，本工程通過(guò)大疆精靈4RTK帶屏遙控器在APP上采用影測(cè)量2D（井字飛行）進(jìn)行航線規(guī)劃航線。

3.4 無(wú)人機(jī)參數(shù)設(shè)置

根據(jù)測(cè)圖要求選擇相應(yīng)的航拍高度和飛行重疊度。飛行高度和返航高度根據(jù)成圖比例尺的要求進(jìn)行設(shè)定。本工程成圖比例尺為1∶2000即可滿足要求，所以，飛行高度確定為100m，航向重疊和旁向重疊均設(shè)置為85%。

4 攝影比例尺及航高確定

攝影比例尺與航高計(jì)算公式

式中m為航攝比例尺分母，f為相機(jī)的主距（焦距），H為航高。

大疆RTK無(wú)人機(jī)航高確定對(duì)比表

4.1 航測(cè)重疊度確定

重疊率一般選擇默認(rèn)值，若測(cè)區(qū)實(shí)地起伏較大或建筑較多，可通過(guò)點(diǎn)擊“+”號(hào)加大重疊率值。但根據(jù)航測(cè)成圖要求：航向重疊不小于60%，旁向重疊不小與30%。真正射的重疊度要求：相鄰航片的重疊度不能小于85%。

4.2 執(zhí)行飛行任務(wù)

測(cè)區(qū)以及參數(shù)設(shè)置完善之后，點(diǎn)擊“執(zhí)行”，無(wú)人機(jī)自動(dòng)檢測(cè)參數(shù)，參數(shù)正常后，飛行器即可自動(dòng)起飛并執(zhí)行任務(wù)。

4.3 返航

當(dāng)執(zhí)行完拍攝任務(wù)后，無(wú)人機(jī)會(huì)自動(dòng)返航，自動(dòng)返航過(guò)程中，可通過(guò)短按遙控器上的強(qiáng)制返航按鍵取消自動(dòng)返航。

5 數(shù)據(jù)處理

航拍完成后，利用pix4dmapper軟件，對(duì)影片進(jìn)行處理，按照軟件操作流程即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理生成數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型 （DEM）、數(shù)字表面模型 （DSM）文件。

pix4dmapper軟件操作流程：

建立工程→加入影像資料→設(shè)置影像屬性（包括圖像坐標(biāo)系和地理定位和方向和相機(jī)型號(hào)）→加入外業(yè)控制點(diǎn)（1個(gè)控制點(diǎn)至少在2張相片上標(biāo)出來(lái)，通常標(biāo)注在3-8張圖像上）→全自動(dòng)處理→質(zhì)量報(bào)告分析→點(diǎn)云以及正射影像編輯輸出。

6 垂直攝影三維測(cè)圖

清華三維EPS三維測(cè)圖系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)基于DOM和DSM的垂直攝影三維測(cè)圖，支持DOM與DEM疊加生成實(shí)景三維模型，支持多窗口同步測(cè)圖，二三維聯(lián)動(dòng)，支持輪廓線自動(dòng)提取等功能。

操作流程

新建EPS工程→生成垂直攝影模型→加載垂直攝影模型→加載超大影像→數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)檢查（合格）→數(shù)據(jù)輸出。

6.1 生成垂直攝影模型

基于pix4dmapper生成的DOM和DEM生成實(shí)景三維模型DSM，生成過(guò)程自動(dòng)構(gòu)建，保證大數(shù)據(jù)實(shí)景模型的流暢顯示，DOM和DEM必須是同名的”.TFW”坐標(biāo)文件。

6.2 加載垂直攝影模型

加載DSM實(shí)景表面模型：在三維窗口加載DSM實(shí)景表面模型，選擇同目錄下生成的DSM文件。

6.3 加載超大影像

加載超大影像支持加載超大的數(shù)據(jù)影像，加載后第一次轉(zhuǎn)換會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)OVR格式的和TIFF同名的文件。

加載超大影像時(shí)選擇DOM （目錄下要有同名的TFW 坐標(biāo)文件）正射影像數(shù)據(jù)，加載到二維窗口。

6.4 高程點(diǎn)的采集

自動(dòng)提取垂直模型高程點(diǎn)（EPS提供了點(diǎn)選，線選，面選的方式提取高程點(diǎn)），可根據(jù)實(shí)際需要，自主選擇高程點(diǎn)提取的方法。

通過(guò)EPS的自帶功能，依次采集房屋和道路和其他地物數(shù)據(jù)后。輸出CASS數(shù)據(jù)文件，即可得到我們想要的工程地形圖。

6.5 質(zhì)量檢查

地形圖生成后，采用RTK進(jìn)行實(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集檢查，主要包括了邊長(zhǎng)采集、碎部點(diǎn)采集等方法進(jìn)行，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)與EPS生成的地形圖進(jìn)行對(duì)比，檢查數(shù)學(xué)精度，具體方法為：將采集的平面坐標(biāo)展點(diǎn)上圖，量取地形圖上的同點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)對(duì)比，計(jì)算誤差統(tǒng)計(jì)地形圖平面或高程絕對(duì)位置中誤差。本工程共檢查了50點(diǎn)，圖上地物點(diǎn)相對(duì)于臨近的圖根點(diǎn)的地形圖精度均滿足圖上地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差±0.5mm，高程中誤差±1/3hd的要求。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)不斷成熟和相應(yīng)處理軟件的不斷更新，無(wú)人機(jī)航測(cè)法在在工程中得到了得到了廣泛應(yīng)用和推廣。采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪和傳統(tǒng)測(cè)量的方法比較，具有精度高，效率高和低成本的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)人機(jī)測(cè)繪將取代傳統(tǒng)測(cè)繪，將成為測(cè)量新時(shí)代。