仿地飞行在无人机倾斜摄影测量中的应用
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摘 要：为解决无人机航测区域地形高差大导致的空三无法通过或者任务实施困难等情况，多家无人机厂商提供无人机仿地飞行功能。文章主要通过无人机仿地飞行航测成果，配合全站仪、RTK外业实测数据及已有地形图数据，对无人机仿地飞行这种在航线形态上与常规作业方式完全不同作业方式在作业效率、精度等方面进行测试。
关键词：仿地飞行;倾斜摄影测量;像控点;倾斜模型;精度评定
中图分类号：P231 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）07-0179-02
Abstract： In order to solve the situation that the aerial three can't pass or the mission is difficult to implement due to the large terrain height difference in the aerial survey area of UAV， many UAV manufacturers provide the ground simulation function of UAV. In this paper， the UAV Ground flight simulation is tested in terms of operational efficiency and accuracy， which is totally different from the conventional operation mode in terms of route form， mainly through the aerial survey results of UAV Ground flight simulation， combined with the field measurement data of total station， RTK and the existing topographic map data.
Keywords： ground imitation flight; tilt photogrammetry; image control point; tilt model; accuracy evaluation
仿地飛行，是指无人机在航测作业过程中，航线实时与三维地形保持相对固定高差。使无人机能够适应不同的地形环境，根据地形执行变高航线，保持重叠率与地面分辨率不受地形变化影响。
1 项目概况
漳浦朝阳水库工程位于漳州市漳浦县南埔乡西北方向约5km。测区地势狭长，最大高差约180米，且河道弯曲，周边存在较多高于测区最大高度的山头，属山地类型。测区面积约为2.23km2，为保障影像全覆盖进行外扩后航线面积约为3.8平方公里。其中测区2.3km2已有2012年实测1：500地形图，作为修测底图使用。
2 技术路线
2.1 机型选择
针对项目高差情况以及考虑测试成本，本次选用的无人机为大疆精灵4RTK无人机，数量两套。地面站软件为GSRTK APP，安装在带屏遥控器上，使用方便。同时大疆精灵4RTK无人机属于低空、民用、微型多旋翼无人机，机身自带FC6310R相机，总重1391g。
为了得到稳定、高精度的POS数据，在本次测试中千寻实时差分成果只作为定位导航使用。POS坐标获取采用PPK模式解算。基站选择中海达生产的UBASE，软件使用比逊电子科技有限公司的UAV-PPK。
2.2 作业流程
仿地飞行无人机倾斜摄影测量与传统倾斜摄影航摄的作业流程，主要区别都集中在航线规划方面，航线规划设计需要已有的地形地貌数据作为航线计算支撑。
本项目主要使用的空三建模软件为Context Capture Center，成图软件为EPS地理信息工作站结合南方CASS实现。整个流程包含飞前数据准备、航线规划、相控点测量、无人机航拍、数据处理及模型生产、外业调绘、数字线划图成图七个部分。
3 项目实施
3.1 项目目标
（1）对原有1：500地形图进行修测，提供合格的、满足漳浦朝阳水库工程项目使用的地形图。测试飞行作业方式的生产效率、稳定性。
（2）测试由无人机倾斜摄影仿地飞行作业方式生产的，3cm地面分辨率的倾斜模型平面、高程精度是否达到1：500地形图要求。
3.2 飞行作业前准备工作
3.2.1 DEM模型
第一步，利用已有1：500地形图结合1：10000地形图高程数据，建立5m分辨率的DEM模型。DEM模型覆盖全测区并向外延伸30。最后将85高程系统的DEM数据换算为椭球高。
第二步，为了避免无线电通信被山体阻隔而造成飞行器失联，将DEM进行分区，分区间重叠50m。分区依据主要考虑的因素有：起飞点、地形高差、山脊线。
3.2.2 航线规划
以DEM分区情况为基础，结合仿地飞行模式进行航线设计。由于精灵4RTK是单镜头平台，所以正射、倾斜相片需要分航次进行采集。如要完成本次任务，无人机行高较低。
3.3 像控点测量
由于使用高精度POS坐标进行解算，像控点数量做了适当的减少，像控点间间隔不超过600米（20000像素）。测区共布设24个像控点，12个像控检查点。
3.4 无人机航拍
每航次作业均对硬件设备、地面站参数进行检查，确认无误后方可起飞。相机设置，精灵4RTK FC6310相机采用8.8mm镜头，本次测试相机参数为：IS0值100～200;快门速度为1/500～1/840;光圈5.6。最大像点位移为1.5cm，小于等于0.5个像素要求（3cm*0.5）。 本次项目在同时使用两套精灵4RTK无人机进行作业的情况下，共耗时11个小时（跨度两天）完成任务。共飞行49个架次，获取照片数量17618张，数据完整，质量合格。
3.5 数据处理及模型生产
数据处理及模型生产均采用Context Capture Center软件进行，将照片和POS数据及相机检校参数导入软件，提交空三计算。通过后，加入24个像控点坐标数据，进行刺点，进行空三计算。空三结果合格后，进入模型重建生产环节。为了后期提供EPS平台成图，倾斜模型格式采用OSGB格式。基本流程如下：点云数据生产;点云构TIN;TIN生成白模型;纹理自动映射生成模型。
3.6 数字线划图成图
以EPS2016地理信息工作站为矢量绘图平台，利用倾斜摄影模型进行高精度地形数据的矢量采集工作，无需佩戴立体眼镜，可直接在模型上进行矢量采集，属性编辑，并形成数字线划地形图。结合外业调绘数据与原有1：500地形图进行成图工作。
4 精度分析
测区共采集24个像控点成果，12检查点成果，其中22像控点参与刺点平差，12个检查点全部用于质量检查，空三质量合格，满足项目生产需求。具体较差结果如表2显示。
5 結论
通过仿地飞行在无人机倾斜摄影测量在漳浦朝阳水库工程1：500地形图修测项目中的应用，仿地飞行航测成果精度达到了1：500数字航空摄影测量空中三角测量、地形图规范要求，仿地飞行航测方案，可以为大比例尺地形图数据采集提供新的技术选择路线。相比原有的飞行方式，仿地飞行在作业成本、作业效率以及成果精度上都有显著提升。
参考文献：
[1]1：500 1：1000 1：2000地形图航空摄影测量内业规范[S].
[2]数字航空摄影测量空中三角测量规范[S].
[3]1：500 1：1000 1：2000外业数字测图规程[S].
[4]1：500 1：1000 1：2000地形图数字化规范[S].
[5]测量成果质量检查与验收[S].
[6]周晓波，王军，周伟.基于无人机倾斜摄影快速建模方法研究[J].现代测绘，2017，01：40-42.
[7]杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息，2016，01：13-15+18
[8]谭金石，黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘，2015，05：21-24.
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