李　超

(如東縣海洋與漁業(yè)局，江蘇 如東　226400)

?

基于天寶UX5無人機攝影測量的成圖實踐*1

李超

(如東縣海洋與漁業(yè)局，江蘇 如東226400)

摘要：利用天寶UX5無人機對實驗區(qū)進行航拍，結(jié)合實例從影像獲取、空三解算、數(shù)字線劃圖的制作等方面，對利用UX5無人機攝影測量系統(tǒng)測繪大比例地形圖進行研究，并分析該系統(tǒng)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞：無人機；天寶UX5無人機；大比例尺地形圖；精度統(tǒng)計

0引言

近年來輕型無人機在遠程控制、續(xù)航時間、飛行穩(wěn)定性等方面獲得顯著突破，通過搭載高質(zhì)量的相機，逐步向航空攝影測量方面發(fā)展[1]。無人機航測系統(tǒng)是傳統(tǒng)航空攝影測量的有力補充，具有靈活機動、快速高效、精細準確、作業(yè)成本低等特點，在小區(qū)域大比例尺地形圖測繪、應(yīng)急救災(zāi)、國土監(jiān)測、獲取高分辨率正射影像圖方面得到廣泛應(yīng)用[2]。

1無人機系統(tǒng)

1.1無人機系統(tǒng)的構(gòu)成

無人機系統(tǒng)主要包括飛機機體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等[3]。飛控系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)的“心臟”，主要實現(xiàn)對無人機的飛行前后的控制，主要包括任務(wù)設(shè)置、飛行中緊急情況控制、降落及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，決定無人機飛行的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院途_度[4]。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)主要是傳輸遙控指令，以及無人機接收、發(fā)送信息等，以保證及時有效反饋信息。發(fā)射回收系統(tǒng)保證無人機順利升空以達到安全的高度，并在執(zhí)行完任務(wù)后從天空安全回落到地面，目前主要有手拋式、彈射架、地面滑跑等起飛方式和傘降、機腹著陸、攔截網(wǎng)等回收方式[5]。小型無人機主要采用彈射發(fā)射，而大型無人機則采用起落架或發(fā)射車進行發(fā)射。

1.2天寶UX5無人機

天寶UX5無人機采用彈射起飛，地面控制系統(tǒng)為 Trimble Access手簿，該手簿自帶軟件可以完成任務(wù)設(shè)計、飛行計劃、準備情況檢查、飛行狀態(tài)監(jiān)測、緊急控制、飛行數(shù)據(jù)檢查等功能。搭載的相機為SONY a5100，CCD為6000*4000，焦距為15.4 mm。在降落過程中，采用引擎反轉(zhuǎn)技術(shù)，降低降落所需的凈空范圍，可以在30 m×50 m的場地范圍內(nèi)完成著陸。圖1為UX5系統(tǒng)，圖2為UX5飛行時狀態(tài)。具體參數(shù)性能，如表1所示。

圖1　UX5系統(tǒng)Fig.1　UX5 system

圖2　飛行中的UX5Fig.2　UX5 in flight

名稱 參數(shù) 類型固定翼重量2.5kg翼展1m續(xù)航時間50min范圍60km2起飛方式彈射架彈射起飛起飛角度30°巡航速度80km/h通信、控制范圍5km作業(yè)高度(AGL)75m～750m分辨率(GSD)2cm～20cm

2工程實例

2.1航拍設(shè)計

江蘇某市一森林公園前期規(guī)劃需要1∶2 000地形圖和正射影像圖，該森林公園主要對一小山頭進行改造，航拍范圍(如圖3所示)約3 km2?？紤]到無人機的續(xù)航時間和相片分辨率，故設(shè)置獲取的影像分辨率為10 cm，按照無人機逆風(fēng)起和逆風(fēng)降落的原則設(shè)計飛行路線，共設(shè)計航線22條(如圖4所示)，覆蓋面積3 km2。

圖3　航拍范圍Fig.3　Aerial range

圖4　航線設(shè)計Fig.4　Flight line of aerial photography

拍攝當天風(fēng)速為北風(fēng)二級，考慮硬著陸的安全性，故選擇一開闊小麥地為起飛和降落地點。為獲取高質(zhì)量的影像，根據(jù)無人機性能參數(shù)和天氣情況設(shè)計飛行，參數(shù)如表2所示。

經(jīng)過40 min飛行后無人機在預(yù)定地點降落，通過數(shù)據(jù)下載和檢查，獲取有效航片404張，影像清晰度高，分辨率優(yōu)于10 cm。經(jīng)檢查飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量滿足要求。

表2　Trimble UX5飛行參數(shù)

2.2相控點采集

利用江蘇省CORS網(wǎng)進行實時差分測量。按照飛行基線采集控制點，采用GPS RTK多次測量方式，取其平均值作為控制點。通過外業(yè)采集，共獲取72個控制點，部分控制點如圖5、圖6所示。

圖5　相片刺點Fig.5　Marking points of photo

圖6　刺點標記Fig.6　Point mark

2.3空三加密

利用武漢航天遠景ATMa-trix，結(jié)合光束法空中三角解析測量軟件PAT-B進行，通過外業(yè)控制測量成功解算定向點的平面坐標和高程坐標。空三計算流程，如圖7所示。

圖7　空三計算流程Fig.7　Calculating process of aerial triangulation

1∶2 000內(nèi)業(yè)加密點對附近野外控制點平面位置中誤差為1.75 m，高程中誤差為1.0 m。區(qū)域網(wǎng)平差基本定向點殘差、檢查點誤差與公共點較差的限值，如表3所示。

表3基本定向點、檢查點及公共點精度

Tab.3Accuracy of basic orientation points,check points and common points

類別平面限差/m高程限差/m基本定向點1.50.8檢查點1.751.0公共點3.52.0

通過上述計算得出基本定向點平面最大殘差為0.260 m、高程為0.487 m；檢查點平面最大殘差為0.134 m、高程為-0.252 m。

2.4DLG和DOM數(shù)據(jù)制作

利用全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)Map Matrix導(dǎo)入空三成果，通過影像鑲嵌、圖廓裁切、色彩平衡處理、圖廓整飾等步驟生成1∶2 000數(shù)字正射影像圖DOM。利用無人機標配的軟件UASMaster6.0生成正射影像圖(見圖8)，通過加載像片、相機參數(shù)、POS數(shù)據(jù)、控制點等數(shù)據(jù)，按照控制點測量、連接點提取、點云生成、DOM數(shù)據(jù)生成等流程，制作正射影像圖。本項目第一個架次經(jīng)過約8 h處理完畢，生成的DOM影像數(shù)據(jù)如圖9所示。

利用Map Matrix全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)進行地貌和地物要素的采集。DLG數(shù)據(jù)成果按照國家符號標準導(dǎo)入CASS成圖軟件中進行要素編輯，完成地形圖的繪制。最終得到的數(shù)字地形圖，如圖10所示。

2.5質(zhì)量檢驗

經(jīng)內(nèi)業(yè)檢查，地形圖成圖符合規(guī)范要求。外業(yè)利用全站儀采集點對地形圖進行實測檢查，檢查點均勻分布，精度統(tǒng)計如表4所示。

表4　地形圖精度統(tǒng)計

從表4可以看出：雖然利用小型無人機測制地形圖的高程精度較低，但小于0.5 m，能滿足1∶2 000地形圖的精度要求。

3結(jié)論

經(jīng)過實踐，筆者得出如下結(jié)論：

1)輕型無人機航空攝影測量系統(tǒng)具有運行成本低、執(zhí)行任務(wù)靈活性高等優(yōu)點，逐漸成為航空攝影測量系統(tǒng)的有益補充。天寶UX5無人機操作頁面簡單、安全系數(shù)和自動化程度高，在300 m左右高度可獲得10 cm分辨率的航片，滿足1∶2 000大比例尺地形圖測繪要求。

2)由于小型無人機體積小、重量輕，空中姿態(tài)變化大，且搭載的相機為非量測型相機，限制其航空攝影測量精度的提高。提高小型無人機飛行的穩(wěn)定性及搭載高質(zhì)量的量測型相機是未來無人機航空攝影測量需要解決的關(guān)鍵問題。

[參考文獻]

[1]李兵，岳京憲，李和軍.無人機攝影測量技術(shù)的探索與應(yīng)用研究[J].北京測繪，2008(1)：1-3.

[2]史華林.無人機航測系統(tǒng)在公路帶狀地形測量中的應(yīng)用[J].測繪通報，2014(6)：60-62.

[3]丁曉波.超輕型飛機低空數(shù)碼遙感系統(tǒng)研究[D].北京：中國測繪科學(xué)研究院，2004.

[4]孫杰.無人機低空遙感監(jiān)測系統(tǒng)[J].遙感信息，2003(1)：49-50.

[5]何敬，李永樹，徐京華，等.無人機影像制作大比例尺地形圖試驗分析[J].測繪通報，2009(8)：24-27.

Mapping Practice of Photogrammetry Based on Trimble UAV UX5

LI Chao

(RudongBureauofOceanicandFishery,RudongJiangsu226400,China)

Abstract：By using Trimble UAV UX5 to take aerial pictures in an experimental area,this article has made a research on large scale topographic map produced with UAV UX5 photogrammetry system by some examples from the respect of the image acquisition,aerial triangulation solutions,production of DLG and so on.And then it analyzed a possibility of application of the system in large scale topographic surveying and mapping.

Key words：UAV;Trimble UAV UX5; large scale topographic map; accuracy statistics

* 收稿日期：2016-01-08

中圖分類號：P 231

文獻標識碼：B

文章編號：1007-9394(2016)02-0025-03

作者簡介：李超(1984～)，男，江蘇新沂人，學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)主要從事海域動態(tài)監(jiān)管及海域測量方面的工作。

地礦測繪2016，32(2)：25～27

CN 53-1124/TDISSN 1007-9394

Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources