天寶UX5無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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天寶UX5無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)在公路勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

魏方震，武少豐，吉世鵬，杜洪濤

(河南中原公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，河南 濮陽 457000)

一、引言

目前,公路帶狀地形圖的勘察測(cè)量主要采用全站儀、GPS RTK測(cè)量，以及傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量法。全站儀測(cè)量及GPS RTK測(cè)量需要投入大量人力、物力，在地形復(fù)雜、破碎、建筑密集地區(qū)測(cè)量難度大且勘測(cè)周期長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致工程效率低、成本高。傳統(tǒng)航空測(cè)量雖然技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛,但對(duì)天氣和機(jī)場(chǎng)條件的依賴性大、成本較高、攝影周期較長(zhǎng)。無人機(jī)系統(tǒng)航測(cè)可以在最低云下飛行，而且不受機(jī)場(chǎng)條件的限制，可以有效彌補(bǔ)大飛機(jī)航測(cè)的不足。

天寶UX5無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)包含外業(yè)無人機(jī)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)后處理軟件。外業(yè)飛行主要由無人機(jī)系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)等組成，最高飛行高度為750 m，最低飛行高度為75 m；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理由TBC PM版數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)完成。

二、項(xiàng)目應(yīng)用分析

1. 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于中緯度地帶，常年受東南季風(fēng)環(huán)流的控制和影響，氣候溫和，四季分明，年平均日照時(shí)數(shù)為2 454.5 h；測(cè)區(qū)內(nèi)以平原為主，最高海拔58 m，最低海拔44 m，整個(gè)地勢(shì)由西南向東北略有傾斜。測(cè)區(qū)內(nèi)交通便利， 該公路申報(bào)等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度18 m，路線全長(zhǎng)46.34 km，改線路11.7 km，利用老路加寬34.64 km，改線路占地374 667 m2，利用老路加寬占地762 000 m2，合計(jì)占地1 136 667 m2。

2. 無人機(jī)航空攝影

本測(cè)區(qū)選用天寶UX5無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)測(cè)區(qū)精度要求自動(dòng)規(guī)劃飛行航線，自主飛行獲得測(cè)區(qū)內(nèi)1∶2000地形圖。測(cè)量區(qū)域?yàn)檠芈肪€中線兩側(cè)各1 km寬度，形成帶狀區(qū)域，整個(gè)航攝面積為95 km2，路線長(zhǎng)度46.34 km，航高設(shè)定為300 m，地面分辨率達(dá)到9.6 cm，航向重疊度80%，旁向重疊度80%；共分5個(gè)飛行任務(wù)，24個(gè)架次，8417張航片。航線布設(shè)如圖1所示。

圖1　無人機(jī)航線布設(shè)示意圖

3. 像控點(diǎn)布設(shè)

外業(yè)像控是航測(cè)的基礎(chǔ)，是內(nèi)業(yè)成圖的依據(jù)，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在每個(gè)架次飛行前須布設(shè)像控點(diǎn)。根據(jù)UX5航測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)及測(cè)區(qū)情況，在每個(gè)架次的兩端各布設(shè)一對(duì)像控點(diǎn)，中間布設(shè)一個(gè)像控點(diǎn)。像控點(diǎn)布設(shè)如圖2所示。

圖2　像控點(diǎn)布設(shè)示意圖

4. 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)飛行完成后，將無人機(jī)采集到的航飛姿態(tài)數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)(照片)導(dǎo)入TBC PM(Trimble Business Center)軟件系統(tǒng)進(jìn)行處理。處理時(shí)可以根據(jù)計(jì)算機(jī)配置情況和工程緊迫性，采用單架次處理或多架次合并處理，由于本項(xiàng)目架次較多，故采用多架次合并處理。經(jīng)測(cè)試最多可同時(shí)處理3600張航片。將每一個(gè)飛行架次的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到TBC軟件，可同時(shí)導(dǎo)入多個(gè)架次，然后合并架次后處理。先進(jìn)行連接點(diǎn)平差，以修正攝像點(diǎn)相對(duì)方位；連接點(diǎn)平差成功后進(jìn)行像控點(diǎn)刺點(diǎn)，執(zhí)行控制點(diǎn)平差，確定物理要素的精確測(cè)量的坐標(biāo)位置，用于修正地理參考圖像；最后輸出正射影像圖、數(shù)字地形模型及點(diǎn)云數(shù)據(jù)。以前的TBC 3.1版本只能輸出數(shù)字表面模型，而TBC 3.4版本可生成數(shù)字地形模型，有效剔除了大部分房屋、地表植被等附屬物，更大地提高了高程數(shù)據(jù)適用性，為后期數(shù)據(jù)處理節(jié)省了很大工作量。如圖3所示。

圖3

5. DOM、DSM、DTM數(shù)據(jù)后期轉(zhuǎn)換

由于TBC PM軟件處理出來的DOM、DEM不是按標(biāo)準(zhǔn)分幅輸出的，因此需要對(duì)生成的DOM和DEM進(jìn)行分幅和裁切。數(shù)據(jù)的后期轉(zhuǎn)換可以采用Global Mapper等軟件進(jìn)行分幅處理，即首先在南方CASS中做好標(biāo)準(zhǔn)分幅圖框，然后在Global Mapper中同時(shí)打開DOM數(shù)據(jù)和圖框數(shù)據(jù)，選擇圖框，輸出裁切到選擇區(qū)域的圖元,如圖4所示。

圖4

6. 地形圖、線畫圖制作

將分幅好的正射影像圖利用小插件ABC_Auto-CAD插入到南方CASS進(jìn)行掃描矢量化，制作DLG線畫圖，并利用DEM制作等高線，如圖5所示。

圖5

三、結(jié)束語

天寶UX5無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)可在最低75 m的高度飛行，地面分辨率最高2.4 cm，處理后生成的正射影像圖分辨率達(dá)到3 cm，數(shù)據(jù)精度較高，完全可以滿足公路工程選線、初步設(shè)計(jì)、工程預(yù)可行性研究的用途需求，相對(duì)于全外業(yè)測(cè)圖和傳統(tǒng)航測(cè)，大大提高了工作效率，并能獲取豐富的圖形圖像資料。UX5無人機(jī)采用的電動(dòng)方式有效續(xù)航時(shí)間為50 min，航拍效率有了進(jìn)一步提高。另外UX5無人機(jī)機(jī)身采用EPP特殊聚合物材料及碳纖維骨架，具有良好的防沖擊性，對(duì)于采用俯沖降落腹部著地作業(yè)方式的無人機(jī)而言，放寬了降落場(chǎng)地的要求。

(本專欄由天寶測(cè)量部和本刊編輯部共同主辦)

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