李 鵬，林 杰，李 歡

(1. 潮州市國土資源測繪隊(duì)，廣東 潮州 521000； 2. 廣州天派儀器科技有限公司，廣東 廣州 510000)

近年來，隨著無人機(jī)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，無人機(jī)航空攝影已成為快速獲取地理信息的重要技術(shù)手段，在空間信息的獲取與更新中起著不可替代的作用?；跓o人機(jī)平臺(tái)的數(shù)字航攝技術(shù)已顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢。三維激光掃描儀以線性掃描方式，高精度、高密度、高速度和免棱鏡測量地表點(diǎn)并拍攝全景照片，能詳細(xì)了解地面點(diǎn)的細(xì)節(jié)變化，且大大縮短外業(yè)工作時(shí)間。利用無人機(jī)獲取的影像及高程加上地面掃描儀掃描出的高程及房屋屬性結(jié)合的方式進(jìn)行大比例地形圖的測量，能夠滿足大比例尺測繪要求。

1 項(xiàng)目介紹及設(shè)備

本次項(xiàng)目位于潮州市區(qū)近郊，成果要求1∶1000地形圖用于某度假村規(guī)劃設(shè)計(jì)。總測量面積為11 km2，地形以山地為主，外加景區(qū)建筑及道路，人工施測難度較大，決定使用無人機(jī)加地面掃描儀的方式進(jìn)行作業(yè)。

此次項(xiàng)目航飛使用了Trimble UX5 HP無人機(jī)系統(tǒng)，部分搭載相機(jī)為Sony a7R搭配35 mm鏡頭。地面掃描采用了Trimble SX10掃描全站儀。內(nèi)業(yè)影像及掃描數(shù)據(jù)處理軟件為Trimble Business Center,它是由天寶公司開發(fā)的一款集GPS、全站儀、水準(zhǔn)儀、無人機(jī)影像及掃描數(shù)據(jù)于一體的處理軟件，只需要簡單操作，即可將數(shù)千張影像及掃描數(shù)據(jù)快速制成專業(yè)的、精確的正射影像及三維模型。

線化圖制作軟件為Virtual Surveyor軟件加CASS軟件，Virtual Surveyor 軟件采用先進(jìn)獨(dú)特的模型信息立體呈現(xiàn)技術(shù)，將原始航空影像生成的數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型結(jié)合匹配生成百分百還原度的三維立體模型，在三維視角下查看和編輯真實(shí)地物。

2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集及內(nèi)業(yè)處理

2.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

2.1.1 航飛任務(wù)規(guī)劃

航飛任務(wù)規(guī)劃在UX5 HP無人機(jī)自帶的軟件Aerial Imaging上進(jìn)行?？紤]到項(xiàng)目精度的要求為1∶1000地形圖，項(xiàng)目組將測區(qū)劃分為6塊區(qū)域進(jìn)行航攝。根據(jù)規(guī)范要求，最終確定的航攝方案為：像片航向重疊度為80%，旁向重疊度為75%，相對航高400 m，地面分辨率(GSD)5.3 cm。

2.1.2 控制點(diǎn)及檢核點(diǎn)的布設(shè)與實(shí)測

測區(qū)大部分為山地，為了提高精度，筆者選擇在航飛前人工布置了10個(gè)標(biāo)靶作為地面像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)。具體實(shí)施步驟為：在航飛任務(wù)規(guī)劃完成后，利用Google Earth在航飛區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)了5個(gè)像控點(diǎn)及6個(gè)用于檢核精度的點(diǎn)。使用手機(jī)導(dǎo)航就近選擇合適位置布上標(biāo)靶。測量標(biāo)靶點(diǎn)使用Trimble R2 GNSS接收機(jī)進(jìn)行RTK測量，每個(gè)點(diǎn)測量2次取平均值作為最終結(jié)果。在測量標(biāo)靶點(diǎn)的同時(shí)，項(xiàng)目組還在測區(qū)內(nèi)隨機(jī)分散采集了幾十個(gè)特征點(diǎn)用于檢驗(yàn)成圖精度，如圖1所示。

圖1

2.1.3 起降場地及航飛時(shí)段的選取

作業(yè)前，首先在Goolgle Earth上選取了幾個(gè)可能作為無人機(jī)起降的地點(diǎn)，并作標(biāo)記。在到達(dá)測區(qū)后，進(jìn)行實(shí)地考察后發(fā)現(xiàn)只有測區(qū)北邊的一塊空地符合起降要求，最后決定此處為整個(gè)測區(qū)的起降場地。

作業(yè)區(qū)間天氣情況不穩(wěn)定，經(jīng)常有陣雨，筆者擇機(jī)選擇天氣晴朗、能見度高、微風(fēng)的情況進(jìn)行航飛。在經(jīng)過2天的時(shí)間完成了航飛的數(shù)據(jù)采集。如圖2所示。

圖2

2.1.4 起飛前檢查及準(zhǔn)備

起飛前檢查、準(zhǔn)備工作主要有無人機(jī)配件檢查、彈射架的組裝。Trimble UX5 HP無人機(jī)無需額外進(jìn)行組裝，軟件操作簡單，飛行前檢查只需按照軟件提示操作即可，最后把無人機(jī)固定在彈射架上，確定起飛場地?zé)o障礙物后擇機(jī)起飛。無人機(jī)自動(dòng)按照規(guī)劃航線飛行無需人工干預(yù)，飛行結(jié)束后按照預(yù)定降落位置滑降到指定位置。

2.1.5 數(shù)據(jù)完整性檢查

回收飛機(jī)后，按照提示下載飛行記錄數(shù)據(jù)及照片。分別打開照片并放大到最大，觀察照片是否清晰、色彩是否飽滿，確定無誤后結(jié)合飛行記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性檢查。如上述步驟都滿足要求則進(jìn)行下個(gè)架次的數(shù)據(jù)采集，直至整個(gè)測區(qū)航飛數(shù)據(jù)采集完成。

2.1.6 地面掃描數(shù)據(jù)采集

對測區(qū)內(nèi)的房屋建筑及山上部分檢查點(diǎn)采用了Trimble SX10掃描全站儀進(jìn)行采集，Trimble SX10影像掃描儀為測繪、工程領(lǐng)域提供完美的解決方案并重新定義了日常測量設(shè)備的能力。Trimble SX10能夠采集任意組合的高密度3D掃描數(shù)據(jù)、增效Trimble VISIONTM影像和高精度全站儀數(shù)據(jù)，節(jié)省人力、物力、財(cái)力。

首先利用RTK在測區(qū)采集若干個(gè)圖根點(diǎn)以方便SX10進(jìn)行儀器架設(shè)及定向，對測區(qū)范圍內(nèi)所有房屋建筑進(jìn)行了掃描及全景拍照。對部分無法通過掃描的房角點(diǎn)用免棱鏡進(jìn)行測量。如圖3所示。

圖3

2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

2.2.1 影像數(shù)據(jù)處理

使用Trimble Business Center軟件將無人機(jī)機(jī)POS數(shù)據(jù)進(jìn)行PPK后處理，得出準(zhǔn)確的POS數(shù)據(jù)。然后通過UASMaster軟件進(jìn)行影像處理，得到DOM、DSM及點(diǎn)云。具體流程如圖4、圖5所示。

圖4

圖5

2.2.2 地形圖的制作

對于此次項(xiàng)目地形圖的制作，項(xiàng)目組應(yīng)用了一種新的方法以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手輪腳盤。應(yīng)用到的軟件包括南方CASS、Virtual Surveyor及Trimble Business Center。具體解決方案如下：

(1) 通過Virtual Surveyor軟件加載DSM及DOM生成虛擬三維模型，利用LOW point功能，軟件自動(dòng)尋找山上地面點(diǎn)，準(zhǔn)確率可達(dá)85%，再通過人工編輯得出準(zhǔn)確的DEM。通過虛擬三維模型畫出測區(qū)內(nèi)的陡坎及斜坡。如圖6所示。

圖6

(2) 在TBC軟件中加載SX10掃描數(shù)據(jù)，在三維環(huán)境下勾畫出房角點(diǎn)。如圖7所示。

(3) 最后把在Virtual Surveyor軟件中采集的DEM及陡坎、斜坡，TBC采集的房角及屬性一起導(dǎo)入CASS軟件中。并在CASS軟件加載分幅后的影像圖作為底圖，通過影像圖勾繪出道路、地物等平面地形，最后匯總成地形圖。如圖8所示。

圖7

3 精度評定

平面和高程精度評定時(shí)18個(gè)檢核點(diǎn)均勻分布在測區(qū)的范圍之內(nèi)，將外業(yè)實(shí)測坐標(biāo)與正射影像上測量坐標(biāo)列表并且對比，得到對比表，見表1。

檢核點(diǎn)坐標(biāo)DOM成果采集同名坐標(biāo)點(diǎn)名XYZX1Y1Z1ΔXΔY點(diǎn)位中誤差ΔZxk10472974．023625010．5220．351472974．001625010．494220．4660．0220．0060．022803509-0．115xk21473052．459625017．84218．016473052．57625017．851218．144-0．111-0．0110．111543713-0．128jc110473093．213624900．428216．278473093．165624900．35216．3780．0480．0780．091586025-0．1jc106473064．664624891．465214．298473064．663624891．415214．2380．0010．050．0500099990．06xk07473348．309624573．423242．371473348．305624573．43242．3140．004-0．0070．0080622580．057jc101474069．986625018．717275．369474069．966625018．787275．430．02-0．070．072801099-0．061jc100474097．625625030．084279．437474097．68625030．094279．3-0．055-0．010．0559016990．137jc101474069．986625018．717275．369474069．982625018．804275．2490．004-0．0870．0870919060．12xk1474027．138625790．627278．449474027．184625790．701278．49-0．046-0．0740．087132084-0．041k2473794．222625590．441295．632473794．211625590．493295．7430．011-0．0520．053150729-0．111xk06473189．266624640．88262．399473189．229624640．944262．3040．037-0．0640．0739256380．095xk12473382．538625299．658236．482473382．485625299．706236．5660．053-0．0480．071505245-0．084x001474081．359626296．546430．326474081．38626296．616430．426-0．021-0．070．073082146-0．1x002474799．646626042．894351．221474799．678626042．863351．331-0．0320．0310．044553339-0．11xk002472751．14623571．37192．996472751．134623571．31993．1180．0060．0520．052345009-0．122x005474360．558623278．08398．386474360．47623278．14298．4960．088-0．0590．105948101-0．11x003474951．564623797．156236．494474951．589623797．203236．581-0．025-0．0470．053235327-0．087x004474016．222624108．196166．63474016．241624108．235166．713-0．019-0．0390．043382024-0．083

依據(jù)規(guī)范，由此計(jì)算出點(diǎn)位中誤差為10 cm以內(nèi)，符合規(guī)范對1∶1000的要求。

4 結(jié) 語

本次嘗試了利用無人機(jī)航空攝影測量和地面影像掃描系統(tǒng)進(jìn)行空地一體化作業(yè)模式，經(jīng)過驗(yàn)證，這種模式彌補(bǔ)了無人機(jī)航測在大比例尺地形測量中對房屋建筑這方面的精度缺陷。由UASMaster軟件生成DOM及DSM,導(dǎo)入Virtual Surveyor軟件進(jìn)行高程點(diǎn)及陡坎采集，由TBC軟件利用掃描儀數(shù)據(jù)進(jìn)行房屋建筑房角采集，最后匯總到CASS軟件制作地形圖。其優(yōu)點(diǎn)是：內(nèi)業(yè)人員不必在接受復(fù)雜的手輪腳盤采集訓(xùn)練，只要有點(diǎn)外業(yè)測圖經(jīng)驗(yàn)，即可快速上手，在地形復(fù)雜、等高線密集的地區(qū)，此方法比傳統(tǒng)方式便捷高效。這種空地一體化、全方位、多角度的數(shù)據(jù)采集，為測區(qū)的數(shù)字建檔及后期的運(yùn)營維護(hù)管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為現(xiàn)有景觀建筑的測繪、規(guī)劃利用及多維數(shù)據(jù)成果展示提供了全套的解決方案。

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