胡茂林，唐相川

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院，四川成都 610021)

Trimble UX-5航空影像系統(tǒng)用于1∶1000地形圖的探討

胡茂林，唐相川

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院，四川成都 610021)

一、引 言

無(wú)人機(jī)航攝已經(jīng)大量應(yīng)用于電力勘測(cè)設(shè)計(jì)中，在小面積地形圖測(cè)繪、應(yīng)急工程項(xiàng)目、短距離送電線路項(xiàng)目中，是對(duì)傳統(tǒng)航拍的有效補(bǔ)充。實(shí)踐證明傳統(tǒng)汽油動(dòng)力無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)具有運(yùn)輸不便、易于損壞、起降場(chǎng)地要求較高、飛行存在安全隱患等缺點(diǎn)。Trimble UX-5系統(tǒng)能有效地解決上述問(wèn)題，為快速獲取小區(qū)域的地形測(cè)繪資料提供了新的手段，有利于適應(yīng)目前業(yè)主要求方案多、時(shí)間緊的情況。本文結(jié)合安徽渦北電廠項(xiàng)目的實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)UX-5系統(tǒng)進(jìn)行了1∶1000地形圖成圖的測(cè)試。

二、Trimble UX-5航空影像系統(tǒng)組成

Trimble UX-5航空影像系統(tǒng)由3部分組成：①任務(wù)計(jì)劃和飛行控制系統(tǒng)(軟件)：Trimble Access航空攝影應(yīng)用軟件方便進(jìn)行飛行任務(wù)設(shè)計(jì)、飛行計(jì)劃、飛行操控和飛行成果分析；②圖像獲取系統(tǒng)(硬件)：Trimble UX-5無(wú)人機(jī)采用電池驅(qū)動(dòng)，搭載SONY NEX5R相機(jī)，全自動(dòng)起降，地面采樣間隔達(dá)到2.4 cm，飛行安全無(wú)污染；③成果處理系統(tǒng)(軟件)：TBC(Trimble Business Center)攝影測(cè)量模塊可全自動(dòng)處理 UX-5的數(shù)據(jù)，快速生成數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字地面模型(DSM)、點(diǎn)云(point cloud)等成果。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理方便、飛機(jī)易于攜帶、起降場(chǎng)地要求低、飛行無(wú)污染、安全、獲取成果速度快等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 UX-5快速地形圖獲取的技術(shù)流程

三、UX-5航空影像系統(tǒng)1∶1000成圖試驗(yàn)

1.航攝概況

劉店礦北廠址位于安徽省西北部渦陽(yáng)縣，是典型的平原地形。測(cè)區(qū)內(nèi)多為麥地，北面有村莊，西南面為劉店礦區(qū)。測(cè)區(qū)分布有鐵路、公路、電力線、溝渠等地物，高程約30 m，面積約2 km2。本次航攝選擇航高200 m，地面分辨率6.4 cm，航攝時(shí)為東風(fēng)，航線按照南北向設(shè)計(jì)，旁向和航向重疊度選取推薦的80%，單航線39張照片，18條航線，共獲得相片701張，耗時(shí)38 min。照片分辨率為4912像素×3264像素，像元大小4.8 μm。曝光時(shí)間為1/2000 s，感光度ISO500，成像清晰。飛機(jī)在麥地中彈射起飛，自動(dòng)飛到設(shè)計(jì)航高和路線起點(diǎn)；飛完設(shè)定的區(qū)域后，自動(dòng)盤旋下降，并按照設(shè)定的位置采用機(jī)腹著陸方式著陸。無(wú)人機(jī)航飛時(shí)長(zhǎng)30 min，飛機(jī)軌跡如圖2所示。

圖2 飛行軌跡圖

2.航測(cè)外業(yè)

1)外控點(diǎn)布設(shè)：航攝前在測(cè)區(qū)的四角和中心布設(shè)了標(biāo)靶，在航飛的同時(shí)使用GPS RTK測(cè)量了標(biāo)靶的坐標(biāo)作為像控點(diǎn)。為對(duì)成品的精度進(jìn)行評(píng)定，使用GPS RTK測(cè)量了60個(gè)平面檢查點(diǎn)，204個(gè)高程檢查點(diǎn)。檢查點(diǎn)在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布。

2)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪：使用拼接好的數(shù)字正射影像調(diào)繪電力線走向、房屋屬性等。

3.TBC處理

使用TBC 3.10攝影測(cè)量模塊對(duì)航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，導(dǎo)入原始像片和飛行軌跡文件后，即可進(jìn)行連接點(diǎn)平差；導(dǎo)入像控點(diǎn)數(shù)據(jù)后，即可進(jìn)行像控點(diǎn)刺點(diǎn)(非立體量測(cè))和控制點(diǎn)平差，平差完成后形成平差報(bào)告；最后一鍵生成數(shù)字正射影像、點(diǎn)云和數(shù)字表面模型。

4.數(shù)字化DLG

利用TBC生成的數(shù)字正射影像，調(diào)入CASS成圖軟件，使用數(shù)化功能配合調(diào)繪片繪制平面圖。

5.提取高程數(shù)據(jù)

使用軟件，調(diào)入TBC生成的數(shù)字表面模型和Global Mapper數(shù)字正射影像，設(shè)定采樣間隔，自動(dòng)提取高程點(diǎn)，再輸入CASS形成地形點(diǎn)數(shù)據(jù)，生成等高線。關(guān)鍵的地形點(diǎn)采用手工提取。

6.圖面整飾

在CASS中修正不正確的高程點(diǎn)和等高線，添加文字注記，形成成品地形圖。

四、精度統(tǒng)計(jì)

按照平面檢查點(diǎn)的點(diǎn)位說(shuō)明從數(shù)字正射影像上提取點(diǎn)位坐標(biāo)，輸入到電子表格中進(jìn)行平面坐標(biāo)比較。有效檢查點(diǎn)共57個(gè)，最大點(diǎn)位誤差0.637 m，最小點(diǎn)位誤差 0.003 m，點(diǎn)位中誤差 0.23 m，滿足1∶1000地形圖平面精度要求。誤差統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

圖3 平面檢查點(diǎn)誤差統(tǒng)計(jì)圖(Δ＝0.6 m)

按照高程檢查點(diǎn)的坐標(biāo)從數(shù)字表面模型上提取高程數(shù)據(jù)，輸入到電子表格進(jìn)行高程比較。有效檢查點(diǎn)共203個(gè)，最大高程差0.72 m，最小高程差0 m，高程中誤差0.22 m，且高程差符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，如圖4、圖5所示。

圖4 高程誤差分布曲線

圖5 高程檢查點(diǎn)誤差統(tǒng)計(jì)圖(Δ＝0.25 m)

五、結(jié)束語(yǔ)

利用Trimble UX-5系統(tǒng)可以方便地對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行航攝，快速完成數(shù)據(jù)處理，生成數(shù)字正射影像、點(diǎn)云和數(shù)字地面模型；使用矢量化軟件和DEM分析軟件，可以快速得到滿足精度要求的1∶1000地形圖。

(本專欄由天寶測(cè)量部和本刊編輯部共同主辦)