积云一号无人机航测系统在水利测量中的应用

陈冲 周进省 尤艳红

（1.河南省思拓力测绘科技有限公司，河南郑州450000；2.河南广盛信息科技有限公司，河南郑州450052）

积云一号无人机航测系统在水利测量中的应用

陈冲1周进省2尤艳红1

（1.河南省思拓力测绘科技有限公司，河南郑州450000；2.河南广盛信息科技有限公司，河南郑州450052）

通过对积云一号无人机的介绍及其在水利工程地形图生产中的应用进行分析，利用外业实测数据对航测精度进行评估，为积云一号无人机在测绘领域的应用提供了参考。

积云一号；ppk；图形精度

随着科技的发展，无人机航测在测绘行业的应用越来越广泛，但传统航测作业依然存在着很多缺点，如飞行姿态不稳定、相机画幅小、影像畸变差大、重叠度不规则等[1-3]。按照传统航空摄影测量加密方式，不仅需要布设较多的像控点，还会增加像控联测的野外测量工作量[4，5]。积云一号无人机航摄系统结合ppk技术，可获取高密度、高精度的相机曝光点的坐标，为高精度的空三解算提供保证[6,7]。通过积云一号无人机获取的影像，经过Pix4D mapper 处理软件处理，能实现每个工程20000张低空影像的处理能力。Pix4D mapper软件自带平差系统，可自动智能化后处理，直接导出点云、DEM、DOM，DLG生产在虚拟测量软件下直接作裸眼3D采集，无需传统立体测图的3D眼镜、手轮、脚盘，大大减少了外业测量工作量，缩短了测绘产品的生产周期。本文以河南省某水库地形测量项目为例，对积云一号无人机在水利工程地形图测量中的应用及测绘产品生产中的效率和精度进行探讨。

1 积云一号无人机简介

丹麦进口长航时无人机测量系统积云一号（见图1），丹麦原装进口，是丹麦Sky-watch公司与哥本哈根大学、哥本哈根工程大学等机构联合研发的固定翼无人机摄影测量系统，以操作简单、安全、长航时、高效为设计宗旨，建立了测绘和测量的新标准。通过对传感器速度、姿态、方向以及相机快门的精确控制，积云一号可以对任意测区进行航空摄影测量，从而获取高质量的三维模型和正射影像。

图1 积云一号无人机

1.1 无人机摄影测量系统

积云一号无人机系统的组成如下：飞行控制系统、航摄平台、遥感传感器系统、地面站监控系统、数据处理系统。该系统采用了高精度ppk差分技术，可利用 Mission planner 飞控软件按照项目要求进行航线设计（图2）。

图2 积云一号飞行任务规划软件Mission planner

积云一号的技术优势：

（1）机身采用超轻碳纤维复合材质，以及凯夫拉纤维材质，具有很好的韧性，坚固耐用，特有的结构外包围防护；（2）全自动起飞降落；（3）手抛起飞，无需借助任何弹射架或皮筋等外力工具即可起飞；（4）长达150分钟的超长飞行时间，让您单架次覆盖更大范围作业面积；（5）垂直减速定点降落，无需携带降落伞即可实现安全着陆；（6）智能传感器组合，自动控制飞行高度、速度、姿态等参数；（7）灵活稳定的云台，可搭载多种传感器；（8）独特的安全保障功能，确保飞机在失去地面遥控信号或GPS信号时仍然能安全返回或降落；（9）长距离飞行，以及高达10km的有效通信距离；（10）螺旋桨自动折叠设置，保证飞行及操作的安全。

1.2 影像处理

将获取的影像数据及POS数据导入数据处理软件pix4D mapper中，设置好坐标系统、中央子午线、投影方法、数据处理精度，选择生成的成果种类、格式，运行数据处理即可，简单，方便。成果种类主要有：正射影像、DEM、密集点云、DSM。

1.3 地形图测绘

利用正射影像和数字高程模型，在EPS地理信息工作站绘图软件上生成数据格式为DSM的三维模型数据。在三维模型上进行采集化，主要有建筑物及构筑物、道路及道路附属设施、河流及桥梁、线杆、路灯、沟坎、地类范围等能够辨认的各类地物。高程数据采集主要从DSM中提取高程数据，然后展绘到数字线划图中。由于试验区的植被覆盖度较高，严重影响了内业高程数据点的采集，因此在植被覆盖区域采用GPS实测部分高程数据，作为筛选正确高程数据的参考。

2 航飞作业

2.1 试验区概况

为满足河南省某县某水库改扩建规划，需要对该县城南开发区某水库库区及周边区域进行1∶1000 地形图绘制。由于项目工期较紧且项目实施时间正值夏季，为保证产品质量和按期完工，决定采用低空无人机摄影测量的作业方式，采用ppk稀疏像控布设、密集点云处理、真正射影像与外业调绘相结合的办法进行地形图测绘。

测区地形为平原和丘陵，东西跨度约4km，南北跨度约2km，面积约8km2，如图3所示。

图3 测区范围

2.2 航空摄影情况

航线设计：航向重叠度为75%，旁向重叠度为70%，航摄影像地面分辨率为7cm。由于积云一号的航时高达2.5小时，所以测区范围只需一个架次即可实现全覆盖。

航空摄影耗时1.5小时，共拍摄相片749张，相幅大小为2010万像素；相机焦距为18mm，像素大小为4.8μm；影像清晰、反差适中、色调柔和、色彩平衡。

2.3 影像处理及 DLG 生产情况

影像处理结束。DLG生产涉及1∶1000标准分幅图幅32幅，由4个作业员经培训后在4天内完成全部32幅地形图的内业地形要素及高程点采集工作。与传统的全外业实测成图的方法相比，该方法减少了50天的工期。

2.4 地形图精度

地形图精度检查采用GPS RTK(网络模式)采集外业数据，共采集明显地物点、特征点35个(其中平面检查20个点，高程检查15个点)，数据采集时 RTK为稳定的固定解状态。将检核数据与DLG中对应地物点平面位置坐标数据或高程数据进行统计、比较，计算出DLG平面位置中误差为0.1m，高程中误差为0.15m，满足1∶1000地形图精度要求。

3 结论

积云一号无人机ppk技术的加持及虚拟测量技术的应用给传统摄影带来了深度变革。ppk技术的应用不仅减少了外业工作人员的工作时间，降低了劳动强度，而且积云一号无人机飞行时间有150 min，机载相机像素为2010万，使得单架次的航飞面积极大，同时虚拟测量技术的使用使得积云一号无人机航空测图系统在实际生产过程中的生产效率进一步提高。

[1]张祖勋． 摄影测量的信息化与智能化[J]．测绘地理信息,2015，40(4) ： 1-5．

[2]孙艺洋．虚拟测量在无人机测绘成果中的应用[J]．测绘通报,2016(7) ： 148-149．

[3]谢建春，孙丙玉，李文清，等． 一种低空无人机航摄系统关键技术的实验研究[J]．测绘通报，2015(10) ： 85-87．

[4]朱正荣，李少龙． 无人机摄影测量用于大比例尺地形图测绘的实践[J]．测绘标准化，2014(1) ： 23-26．

[5]方剑强．生产数字正射影像图( DOM) 的若干技术问题探讨[J]．测绘与空间地理信息，2007(3) ： 91-93．

[6]毕凯,李英成,丁晓波，等． 轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J]．测绘通报，2015(3) ： 27-31，48．

[7]曹凤海，宋占武，李燕，等． 无人机航摄拍照瞬间精确空间位置的确定[J]．测绘通报，2016(6) ： 144-145．

陈冲（1988—），男，汉族，助理工程师，从事摄影测量工作。E-mail:191314910@qq.com