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淺談無人機航測技術在地形測繪中的應用

電子工程師 ? 來源:cc ? 2019-02-05 08:30 ? 次閱讀

一、概述

近年來,隨著城市改造、道路橋梁設計、農村宅基地確權、工程項目精細設計等對大比例尺地形圖的需求日益增大,但目前大比例尺地形圖主要靠人工使用全站儀、GPS-RTK 等設備全野外人工采集數據,然后內業加工處理生產。這種作業方式,時間長、效率低、成本高、人工勞動強度大,生產進度還受到作業期間天氣的影響,已遠不能滿足社會需求。如何提高作業效率、降低生產成本,縮小野外作業量是當今獲取大比例尺地形圖的迫切要求。由于無人機具有機動靈活、經濟便捷等特點,而且能夠方便地獲取高分辨率影像,因此采用無人機航攝測量大比例尺地形圖,成本低、工期短、精度高,能夠大幅度減少外業工作量,進而提高生產效率,縮短工期。

二、無人機航攝系統

無人機航攝系統一般由飛行平臺、任務裝置、地面控制站、發射與回收系統組成,本文中實驗項目測區采用深圳飛馬機器人科技有限公司生產的D200多旋翼平臺,航測模塊搭載SONY ILCE-6000相機,飛控系統采用飛馬無人機管家3.0航測系統,數據處理采用photoscan,smart3d,terrasolid,EPS,Global-Mapper等圖像處理軟件。

三、無人機航測作業流程

無人機航測作業流程主要分為外業測量和內業數據處理兩大部分。外業測量包括:①資料收集,確定測區范圍。②施測范圍航攝參數計算,規劃航線。③像控點布設與測設。④無人機影像獲取。⑤外業調繪。內業數據處理包括:①空三加密。②DOM、DSM生產。③裸眼測圖。④DLG生產。⑤編輯成圖。⑥數據檢查驗收。

四、項目概述

貴州省鎮寧縣城鎮規劃需要進行1:500地形圖測繪,等高距1米,成圖面積約130km2,0.1m分辨率的DOM航測面積約200km2。測區相對高差約300米,地形為高原山區地帶,平面坐標系統為1954北京坐標系,高程基準為1985國家高程基準。

五、實際作業流程

5.1 測區范圍航線規劃

因測區范圍過大,故將測區分為若干區塊,且相鄰兩區塊間至少重疊2條航線,以區塊30為例,測區面積為2.081km2,航向和旁向重疊度均設置為75%,相對行高220米,地面分辨率約0.06m,共獲取1480張影像,預計飛行110分鐘左右,共4個架次。見下圖

圖1航線規劃

5.2 像控點與檢查點布設與施測

在區塊30中,航線參數設置后,我們根據無人機管家軟件內置的谷歌影像同時布設像控點,共布設了11個像控點,6個檢查點,同時在手機奧維APP中標記上像控點與檢查點,外業布點時就利用手機版奧維進行導航定位,到達點位后采用GPS-RTK連接千尋CORS賬號的方式進行像控點與檢查點的施測。

圖2像控點與檢查點布設

5.3 外業航飛

外業航飛完后現場及時下載POS數據,基站數據,檢查照片數跟pos數據是否一致,檢查照片是否漏片,是否存在質量問題,檢查完后轉入內業處理環節。

5.4 PPK數據解算,POS數據獲取

將獲取的各個架次的POS數據與基站數據在無人機管家進行事后差分解算,解算后合并整理成需要的POS數據文件。

5.5 photoscan空三加密

將獲取的照片和POS數據導入photoscan進行空三加密,空三報告精度達到要求后導出空三成果。

5.6 smart3d建模,點云生產

在smart3d中導入獲得的空三成果進行三維建模和點云數據生產,分別輸出OSGB格式的文件和LAS格式的點云數據文件。

圖3部分區域OSGB格式成果

5.7 terrasolid生產等高線

因為獲得的點云數據是根據生成的三維模型得到的數據,所以不需要進行坐標系轉換和檢校處理,直接進入terrascan模塊進行去燥、濾波、點云分類等編輯處理生成DEM文件,從而獲取等高線。

圖4Terrasolid點云數據處理

5.8 eps裸眼立體采集,編輯成圖

在eps中,將獲取的OSGB格式的文件生成傾斜模型,然后加載生成的傾斜模型進行裸眼立體采集,采集完后導入獲取的等高線進行最后編輯成圖。

圖5 部分區域DLG與DOM套合

六、問題與分析

在大比例尺地形圖的生產中,無人機航測產生的效益相對于傳統人工測繪來說是很顯而易見的,但是傳統航測的生產方法存在一定的弊端,傳統航測生產DLG是基于正射影像的基礎上進行立體采集,采集窗口聯動性差,需要佩戴立體眼鏡,同時手輪腳盤要相互配合好,不容易上手,培訓周期長,建筑物密集區域還需要進行大量的房檐改正等外業調繪工作。在本案例中,提出了外業采用正射補飛傾斜航拍(建筑物密集區域)的手段,內業采用photoscan做空三加密,然后導出空三成果到smart3d進行三維建模和點云數據的生產。生產的點云數據用terrasolid點云處理軟件進行去燥、濾波、地面點分類等編輯生成DEM文件,從而獲取等高線,最后用EPS進行裸眼立體采集和內業編輯處理成圖。這種作業方式上手快,效率高,減少了外業調繪工作中房檐改正的環節,也減少了因房檐改正引起的誤差。

七、結論

以1個城郊約 50 平方公里,有山地、農田及部分建筑為例(成圖比例尺1:500):

用傳統測量的方式來完成,主要涉及到以下工作: 1、采用全站儀+RTK外業采集碎部點; 2、內業成圖投入18個作業員(9組), 白天外業打點,晚上內業成圖。人測約40天*20人*每人日薪及差旅150元=12萬(如若換成5人工作量約為200天)。用航測的解決方案來完成整個項目需要做以下工作: 1、外業航飛 2、像控點的布設 3、空三加密 4、DLG的采集 5、外業調繪 6、內業編輯航測外業兩天轉換增加的內業約20天*4人*每人日薪及差旅150元=1.2 萬。由此我們可以得出結論:

(1)費用航測是人測的十分之一,即10%左右。人測費用是航測的10倍左右。

(2)工期短,若同樣人數,航測工期是人測的十分之一。

(3)省人力,航測外業加內業人員是人測人員的五分之一,如4人即可完成約20人的兩倍工作量。

(4)精度高。

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原文標題:無人機航測技術在地形測繪中的應用

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