王利鋒，王 冰，楊令剛

(河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊，河北 秦皇島 066001)

天寶測繪解決方案專欄

Trimble無人機UX5 HP在礦區(qū)測繪中的應(yīng)用

王利鋒，王 冰，楊令剛

(河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊，河北 秦皇島 066001)

無人機航測技術(shù)的蓬勃發(fā)展給測繪行業(yè)帶來了革命性的變化。無人機以其機動、快速、經(jīng)濟等優(yōu)勢，在面積較小的大比例尺地形測量任務(wù)(10～100 km2)中，可輕松獲取測區(qū)的影像數(shù)據(jù)，既能減輕外業(yè)輕勞動強度，又能提高作業(yè)效率和成果精度。但對于某些作業(yè)人員無法到達的區(qū)域，或利用RTK無法采集到符合精度的像控點坐標(biāo)的區(qū)域，布設(shè)采集像控點就成為航飛作業(yè)中的難點問題。UX5 HP是天寶公司在上一代無人機——UX5無人機的基礎(chǔ)上，于2015年推出的無人機航測飛行系統(tǒng)，可以不布設(shè)像控點或布設(shè)極少量控制點就能圓滿完成測區(qū)的飛行任務(wù)，從而將大量的野外工作轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)，降低了外業(yè)作業(yè)難度。本文即利用UX5 HP無人機對某采礦沉陷區(qū)域進行低空地形測繪展開討論。

1 UX5 HP介紹

UX5 HP配置性能強勁的Trimble GNSS接收機和高分辨率相機，并具有PPK(后處理差分)功能(如圖1、表1所示)。可以在沒有地面控制點的情況下，生產(chǎn)具有高精度的影像數(shù)據(jù)，減少了作業(yè)時間，簡化了作業(yè)流程。其中操控系統(tǒng)Trimble Access設(shè)置可提前進入飛行模擬；可輸入多個地圖圖層，設(shè)置飛行邊界，在單次飛行中覆蓋非連續(xù)的區(qū)域；可以設(shè)置不規(guī)則形狀的飛行區(qū)域和不同的飛行高度；可以在飛行中設(shè)置多個起飛和降落點。所有采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Trimble Business center進行后續(xù)處理。

圖1 UX5 HP無人機及其操控系統(tǒng)和發(fā)射裝置

參數(shù)名參數(shù)值參數(shù)名參數(shù)值類型固定翼通信和控制范圍5km相機像素全畫幅3600萬相機鏡頭15mm/25mm/35mm飛行高度75～750m續(xù)航時間40min分辨率1～25cm巡航速度85km/h絕對水平精度(無地面控制點)2～5cm抗風(fēng)能力7級正射影像1～2×GSD3D模型相對精度1～5×GSD

2 PPK作業(yè)原理

GPS PPK是一種基于載波相位測量的后處理差定位技術(shù)，能夠在后處理情況下獲得厘米級的平面和高程定位結(jié)果(如圖2所示)。PPK作業(yè)模式利用同步觀測的一臺基準站接收機和至少一臺流動接收機對衛(wèi)星的載波相位進行觀測；事后在計算機中利用GPS處理軟件進行線性組合，形成虛擬的載波相位觀測量值，確定接收機之間達到厘米級的相對位置；最后進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到流動站在地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。采用PPK模式作業(yè)要注意高程方面需要以區(qū)域大地水準面模型為基礎(chǔ)，并且高程精度受區(qū)域似大地水準面模型精度的限制。

圖2 UX5 HP在PPK模式下飛行采集數(shù)據(jù)

3 應(yīng)用實例

3.1 飛行概況

以陽泉礦區(qū)某采礦沉陷區(qū)低空無人機航空測量為例，測區(qū)地處山區(qū)，地勢起伏較大，植被覆蓋較多。航攝面積約為23.7 km2，設(shè)計南北方向航線為56條，相機鏡頭焦距15 mm，像元尺寸4.8 μm，飛行10架次，共拍攝有效像片為822張；設(shè)計地面分辨率為0.2 m，航高為500 m，航向重疊度為80%，旁向重疊度為80%；飛機起降場地選于緊靠航攝區(qū)域的無障礙平坦耕地。

3.2 數(shù)據(jù)采集

無人機飛行過程也是影像、飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采集過程。采用PPK技術(shù)，地面無需布設(shè)像控點，無人機航飛時僅需在地面已知點架設(shè)GPS基準站，將其設(shè)置為與無人機機載GPS同步采集數(shù)據(jù)。為了保證無人機航攝精度及通信正常，每架次飛行區(qū)域最遠處與基準站間距離均小于5 km。

操控人員根據(jù)航攝任務(wù)需求設(shè)計好航線并上傳至飛控系統(tǒng)， 飛控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計航線控制無人機飛行， 并按照機載相機傳感器曝光速度，實時同步記錄曝光時刻的 GPS 數(shù)據(jù)及飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)。 航線飛行完成后將已采集的影像及實時飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)等下載到地面監(jiān)控計算機。作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 無像控?zé)o人機作業(yè)流程

3.3 數(shù)據(jù)處理

后期數(shù)據(jù)處理軟件采用TBC和攝影測量處理軟件Inpho無人機處理系統(tǒng) UASmaster。首先將基準站GPS接收機數(shù)據(jù)和所有飛行參數(shù)導(dǎo)入TBC，進行基線處理，獲得飛機在飛行中曝光時刻的定位數(shù)據(jù)(如圖4所示)；然后在UASmaster中，根據(jù)項目需求設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，自動化處理后生成DSM/DEM、DOM和點云數(shù)據(jù)成果(如圖5所示)。

圖4 UX5 HP無人機系統(tǒng)后處理軟件TBC進行基線處理

圖5 UX5 HP無人機系統(tǒng)后處理軟件UASmaster生成DEM和DOM

4 精度評價

作業(yè)人員在測區(qū)利用GPS RTK結(jié)合全站儀設(shè)備采集166個特征點并進行了檢核。平面檢核點的點位選取在較為明顯易于判斷的地點，如橋頭、河堤角、平頂房的房角、無遮擋的院子的墻角等；高程檢核點一般選在硬化道路街道中心道路交叉口、平坦的耕地內(nèi)水井等獨立地物。通過坐標(biāo)比較可知，開闊平坦明顯的地物點測量精度精度較好，而有密集居民地和植被覆蓋地方的平高精度較差(見表2)，有待于下一步通過改變航高提高地面分辨率來改善測量精度。

此次航攝成果依據(jù)基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果 《1∶500、1∶1000和1∶2000 數(shù)字線化圖》規(guī)范及1∶500、1∶1000和1∶2000 平原地區(qū)數(shù)字線化圖和數(shù)字正射影像平面精度(分別為0.3、 0.6和1.2 m)和高程精度(分別為0.2、0.2和0.5 m)要求，發(fā)現(xiàn)成果平面位置能夠滿足1∶2000地形圖精度；高程在平坦地區(qū)、無遮擋地區(qū)精度較好，且能滿足本次地形測圖需求，而在森林覆蓋、遮擋陰影區(qū)，以及高樓密集地帶精度較差，需要以傳統(tǒng)測量方法進行補測。

表2 檢查點比對

5 結(jié)束語

使用天寶UX5 HP無人機，結(jié)合PPK作業(yè)技術(shù)，使得免像控點布設(shè)完成影像采集成為可能，解決了在困難地形布設(shè)像控點的難題，提高了野外作業(yè)率；同時也減少了由于人為因素布設(shè)像控點不均勻等影響精度的問題，保證了無人機飛行質(zhì)量及后期數(shù)據(jù)處理的良好效果。尤其是在某些應(yīng)急測繪作業(yè)中，該方法更是突出了其高度靈活機動的特點。但是，在森林覆蓋、遮擋陰影區(qū)，以及高樓密集等地帶高程精度較差，需要以傳統(tǒng)測量的方法予以補正。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)