大鵬CW-10C無人機在棄渣場測量中的應用

肖 垚

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

1 概 況

棄渣場位于東部平原地區(qū)，該項目特點是任務比較分散，飛行面積大，飛行架次多，區(qū)塊多，測區(qū)較為復雜，這些都是此次外業(yè)航測中需要解決的一些難題，為此利用大鵬CW-1OC無人機進行航空攝影測量，為測區(qū)提供1∶500傾斜攝影圖像和數(shù)字線畫圖(DLG)。

2 大鵬CW-10C無人機簡介

大鵬CW-10C是一款垂直起降的電動無人機，該無人機是成都縱橫自動化技術(shù)有限公司在CW-10測繪無人機基礎上推出的一款垂直起降無人機，飛機主要性能參數(shù)如下表：

表1 大鵬CW-10C基本參數(shù)

該飛機采用模塊化設計，拆裝無需工具，可以快速拆解為9個部分，分別為中段機翼、左右機翼、旋翼臂、玻璃鋼天線、機艙、垂尾、數(shù)傳天線、前拉動力裝置。飛機規(guī)劃好航線可以實現(xiàn)全自主飛行，可以實現(xiàn)GPS、RTK定點一鍵起降，定位精度準確。該飛機可以搭載多種載荷作業(yè)模塊，根據(jù)生產(chǎn)需要可購買五鏡頭傾斜模塊和正攝模塊。該飛機的突出特點是相對于彈射傘降無人機和手拋傘降無人機對起降場地和空域要求較小，起飛降落都比較安全，可操控性強且續(xù)航時間長，能極大提高無人機外業(yè)作業(yè)效率[1]。組裝完畢的大鵬CW-10C無人機見圖1。

圖1 組裝完畢的大鵬CW-10C無人機

3 像控點的布設

到達作業(yè)區(qū)后，無人機起飛前做前期必要的準備工作--布設像控點，像控點布設材料可以是布料，也可以是涂料油漆，邊長大小約為1.2m，形狀為直角，使用RTK采點時應采直角內(nèi)角，夏季像控點的顏色盡量布設成白色，冬天布設成紅色，以區(qū)別于雪地確保內(nèi)業(yè)人員能夠辨別。像控點相對于最近基礎控制點的平面位置中誤差≤0.2m，高程中誤差≤0.2m。在測區(qū)內(nèi)均勻布設像控點并收集像控點坐標及照片后，一切準備工作就緒后進入飛機飛行環(huán)節(jié)。

4 飛機的起飛

利用地面站軟件對測區(qū)進行航線規(guī)劃，由于此次飛行要求1∶500傾斜攝影圖像，故地面分辨率5cm，飛行任務航向重疊率80%，旁向重疊度70%，飛機相對地面飛行高度為220m，單次作業(yè)面積2km2，單次作業(yè)時長90min左右。設置好參數(shù)后，對無人機組裝，確保飛機卡扣鎖緊，相機安裝正確，儲存卡格式化完畢，在對飛機進行飛行前檢查后，飛機進入帶飛狀態(tài)，確保周圍環(huán)境安全情況下，飛機起飛進行航拍任務。

當飛機降落后需將進行斷電操作，取下飛機吊艙中的相機內(nèi)存卡和飛行照片、機載POS文件及地面站數(shù)據(jù)文件拷貝到電腦中，用于后期的三維建模的基礎數(shù)據(jù)文件。

5 內(nèi)業(yè)處理流程

外業(yè)無人機測量任務結(jié)束后，對全部68個區(qū)塊進行分類整理，將飛行照片與飛行POS數(shù)據(jù)一一對應檢查，將完成的數(shù)據(jù)導入工作站當中，使用Smart3D軟件進行處理，Smart3D是本特利公司生產(chǎn)的一款用于構(gòu)建三維模型的數(shù)據(jù)軟件，通過視頻、照片，經(jīng)過一系列的空三運算(攝影測量)，得到各種格式的三維模型、正攝影像(DOM)、數(shù)字地表模型(DSM)[2]。

新建工程后，按照軟件提示，將外業(yè)航測的照片及POS數(shù)據(jù)導入到新建工程當中，將每個鏡頭的照片與每個鏡頭的POS數(shù)據(jù)對應，導入外業(yè)控制點坐標，調(diào)好相機焦距大小，選好飛行用的坐標系、輸出坐標系、經(jīng)度、緯度、高度等一系列數(shù)據(jù)后，提交第一步生產(chǎn)。待第一步生產(chǎn)完成后，需要對像控點進行刺點，刺點的目的是將測好的像控點位置刺到照片上，以便于進行空三解算，使每個點的坐標數(shù)據(jù)準確。刺點完成后提交第二遍生產(chǎn)，以便達到精化的目的。得到第二遍刺點結(jié)果后，根據(jù)軟件的提示，輸出用于數(shù)字線劃圖所需的三維模型地圖[3]。

Smart3D輸出的產(chǎn)品格式為OSDB格式，生成的是三維模型，需要運用Idate數(shù)據(jù)工廠軟件進行數(shù)字化生產(chǎn)所需的數(shù)字線劃圖。Idate是南方測繪公司生產(chǎn)的一款GIS數(shù)據(jù)處理平臺，軟件的界面和操作習慣與國內(nèi)外主流CAD平臺一致，使得Idate在擁有強大數(shù)據(jù)處理功能具有良好的操作性。

6 與傳統(tǒng)測量的比較

傳統(tǒng)測量在外業(yè)工作需要的人數(shù)、車輛多，需要把測量人員送到測區(qū)后在進行測量，若測區(qū)的交通條件不好的話，可能需要的時間更長，外業(yè)人員白天測量后晚上還要將白天的散點成圖，后期清圖處理，不僅測量的周期長，效率低，耗費的人力物力也是巨大。

相對于傳統(tǒng)測繪來說，無人機測量具有成圖快、效率高、低成本等優(yōu)點，傳統(tǒng)測量工作完全的交給了飛機和后處理的電腦，這樣把外業(yè)的時間進一步壓縮，將飛行的照片及POS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)至內(nèi)業(yè)處理，大大的減少了外業(yè)人員的工作量，節(jié)省成本的同時大大的提升了工作效率，提高了生產(chǎn)的產(chǎn)值。

7 結(jié) 語

無人機測量是現(xiàn)代化測量的重要組成部分，運用無人機對水利項目進行航拍測量，從外業(yè)航拍數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)傾斜三維模型建模、正攝影像圖DOM生產(chǎn)再到利用傾斜模型及DOM進行DLG數(shù)字化生產(chǎn)的一整套流程，可以有效提高測量成果現(xiàn)勢性，促進創(chuàng)新測量模式，積極推動測量行業(yè)高速發(fā)展，在保證高效率的情況下，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值。