戈樹兵

（徐州市國測測繪信息服務(wù)有限公司，江蘇 徐州 221000）

隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)低空航空攝影測量已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各種測量領(lǐng)域。在無人機(jī)應(yīng)用到測量領(lǐng)域之前，傳統(tǒng)的土石方測量是利用全站儀或者GPS-RTK進(jìn)行特殊數(shù)據(jù)的采集，耗時耗力且對于一些比較危險或人員如法到達(dá)地方無法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所以測量結(jié)果有時偏差較大[1]。無人機(jī)測量是利用搭載在飛機(jī)上的相機(jī)進(jìn)行照片拍攝內(nèi)業(yè)利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，所以在一些人員不方便達(dá)到或環(huán)境較為危險的地方優(yōu)勢明顯。傳統(tǒng)無人機(jī)使用GPS單點定位，故在拍攝相片瞬間獲取的位置信息精度較低，需要布設(shè)大量的像控點進(jìn)行校正，效率較低[2]。無人機(jī)PPK技術(shù)是無人機(jī)數(shù)據(jù)采集完畢后對其記載的數(shù)據(jù)與基站觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后差分解算從而獲取厘米級的精度。如果再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件對解算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)而可得直接到地方坐標(biāo)系的成果，工作效率大大提高[3]。

1 無人機(jī)PPK原理

PPK（Post Processing Kinetic）又稱GPS動態(tài)差分后處理技術(shù)是利用同步觀測的流動站和基準(zhǔn)站，事后利用后處理軟件進(jìn)行線性組合，形成虛擬的載波相位觀測值，確定流動站和基準(zhǔn)站之間的相對關(guān)系，在已知基準(zhǔn)站坐標(biāo)的情況下獲得流動站坐標(biāo)的定位方法。無人機(jī)搭載高精度GNSS接收設(shè)備獲取在拍照觀測數(shù)據(jù)、基站觀測數(shù)據(jù)及在拍照瞬間的時間戳，后期利用PPK后處理軟件進(jìn)行解算獲取得到每張像片的正確位置信息進(jìn)而得到高精度的內(nèi)、外方位元素成果，更準(zhǔn)確地進(jìn)行空中三角計算。

2 作業(yè)流程

（1）像片獲取。所需設(shè)備有帶有高精度GNSS設(shè)備的無人機(jī)一臺，高精度GNSS靜態(tài)觀測設(shè)備一臺。在無人機(jī)工作前，先行在已知點上假設(shè)高精度GNSS靜態(tài)觀測設(shè)備，開機(jī)后設(shè)置觀測文件名和觀測頻率開始靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，在基站進(jìn)行靜態(tài)采集20分總后再進(jìn)行無人機(jī)航空攝影。

（2）PPK解算。Pen UAV PPK是勵精科技有限公司推出的PPK專業(yè)計算軟件。軟件要求流動站數(shù)據(jù)和基站觀測數(shù)據(jù)格式為BIN格式，如所獲取的文件格式與此不同需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將流動站觀測數(shù)據(jù)、基站觀測數(shù)據(jù)和時間戳文件進(jìn)行加載，輸入基站的精確的WGS84坐標(biāo)、基站天線高等數(shù)據(jù)后，進(jìn)行后差分處理，解算完畢后結(jié)果如下圖。解算結(jié)果可以清楚看到每個拍照點的位置、基站位置、拍照點解的狀態(tài)。

圖1 PPK解算結(jié)果

如想直接獲取地方坐標(biāo)系的成果需要在坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，包括目標(biāo)橢球、中央子午線、布爾莎七參數(shù)或地方坐標(biāo)系四參數(shù)并勾選使用轉(zhuǎn)換參數(shù)即可。解算完畢后，導(dǎo)出PPK POS數(shù)據(jù)，為下一步空三解算做好準(zhǔn)備。

（3）空三及模型數(shù)據(jù)處理。在Smart3D中將像片加入，位置信息選擇PPK POS數(shù)據(jù)進(jìn)行空三解算，空三解算合格后進(jìn)行成果文件處理，輸出格式為OSBJ格式。

（4）EPS點位數(shù)據(jù)的提取。在EPS軟件中將OSBJ格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，利用其三維測圖功能獲取所需點的三維坐標(biāo)。

3 應(yīng)用實例

本實例為一火電廠煤場煤池存煤體積計算。本次航飛分別采用大疆精靈4P和4RTK進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)處理使用Smart3D進(jìn)行空三解算和模型生成，再使用EPS的三維測圖功能進(jìn)行高程數(shù)據(jù)的采集。

3.1 外業(yè)航飛

兩臺飛機(jī)的航飛高度統(tǒng)一為60m，航向重疊度和旁向重疊度分別為80%和75%。因為精靈4P不支持PPK，所以在項目區(qū)均勻布設(shè)了6個像控點，為了精度檢查，布設(shè)了2個檢查點。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

（1）精靈4P無人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

圖2 4P無人機(jī)數(shù)據(jù)處理過程

（2）精靈4RTK無人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

圖3 4RTK無人機(jī)數(shù)據(jù)處理過程

3.3 精度分析與對比

（1）精靈4P無人機(jī)。使用6個像控點進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后對2個檢查點進(jìn)行坐標(biāo)比較，結(jié)果如下。

表1 精度分析數(shù)據(jù)處理

表2 坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較

（2）精靈4RTK無人機(jī)。沒有使用像控點，直接利用PPK進(jìn)行解算，利用覆蓋驗證區(qū)的布爾莎七參數(shù)作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)直接將POS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)系成果，和2個檢查點進(jìn)行坐標(biāo)比較，結(jié)果如下。

表3 兩個點的坐標(biāo)系成果

表4 兩個檢驗點坐標(biāo)比較

通過對同一試驗區(qū)的對比，傳統(tǒng)無人機(jī)在需要布設(shè)大量像控點的基礎(chǔ)上成果精度基本滿足要求，而帶有PPK功能的無人機(jī)在不需要布設(shè)或者布設(shè)少量的像控點即可獲取很高的精度。

3.4 土石方量計算與分析

利用EPS獲取特征點的三維坐標(biāo)，導(dǎo)入CASS10.1中，按煤池實際位置和大小分別繪制其范圍線，然后利用三角網(wǎng)法采用圖面高程進(jìn)行土石方量的計算。

通過對兩個無人機(jī)獲取數(shù)據(jù)分別處理后，最終煤場煤炭體積計算結(jié)果相差988m3，誤差率在0.4%，滿足甲方要求。

圖4 實際位置

圖5 范圍線

4 結(jié)語

通過對兩種無人機(jī)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，結(jié)果表明采用無人機(jī)PPK技術(shù)可以在沒有大量像控點情況下獲取較高精度的結(jié)果，相對于傳統(tǒng)無人機(jī)工作效率高、機(jī)動靈活，減少人員投入，節(jié)約了生成成本。由于不需要布設(shè)大量像控點，所以不受地形限制，對于一些環(huán)境惡劣或人員不可以到達(dá)等不方便布設(shè)像控點優(yōu)勢尤為明顯。