阮懷婷 / 廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院

無人機和CORS系統(tǒng)在大比例尺測繪中的研究與應用

阮懷婷 / 廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院

介紹無人機航攝技術的特點，根據(jù)具體的項目，詳細介紹ebee-RTK無人機的作業(yè)流程，分析ebee-RTK無人機的影像精度，并探討ebee-RTK無人機航攝技術能否滿足大比例尺測圖的精度要求。

無人機；CORS；ebee-RTK；大比例尺

1.引言

無人機就是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，不但能完成有人駕駛飛機執(zhí)行的任務，更適用于有人飛機不宜執(zhí)行的任務，憑借其分辨率高、作業(yè)效率高、周期短、輕便靈活、成圖直觀、精確等特點，在地籍測量、土地利用變更調(diào)查和核查、土地執(zhí)法檢查、地質(zhì)災害檢測等方面應用越來越廣泛。探究無人機的飛行精度及其在1:2000地形圖制作中的應用，在實際生產(chǎn)中，具有一定的價值。又由于很多城市都已建立了CORS系統(tǒng)，如何使無人機與當?shù)谻ORS建立實時通訊，免去地面像控點的布設，節(jié)省大量的外業(yè)時間，最大程度地提升作業(yè)效率，保證飛行精度，也是值得研究和探討的。

2.ebee-RTK無人機

2.1 ebee-RTK無人機的主要特點

（1）重量輕巧，模塊化設定，機翼可拆卸，沖擊力低，安全性高；

（2）電力推進，無人機配置可充電式鋰聚合物電池，容量比同樣大小的鋰離子電池高出一倍，避免了鋰離子電池高溫下容易爆炸的安全問題，并且無污染、低噪音；

（3）自主的起飛與降落，可感覺實地情況設定的起飛和降落區(qū)域，降落方式可選擇直線型降落和旋轉(zhuǎn)型降落兩種方式；

（4）智能化的飛行管理軟件emotion2，可自動規(guī)劃飛行路線，設定影像重疊率、相機拍攝時間間隔、分辨率GSD等，并自動計算所需飛行時間。

（5）測量級測繪無人機，精度較高；

（6）通過地面電臺將基準站改正訊號上傳至eBee RTK，飛行過程中及時計算RTK坐標；

（7）內(nèi)置高性能GNSS接收機，高絕對精度取代地面控制點（GCP）的布設。

2.2 ebee-RTK無人機的軟硬件

硬件及功能：

eBee自動飛行裝置包括下列部件：

①中央體：eBee的核心部分，包括飛行裝置中的所有電子裝置、執(zhí)行以及聯(lián)絡硬件裝置。

②機翼：eBee的一對機翼可拆卸、替換。每一個機翼都有一對翼支柱和一對夾片，用來支撐中央體。

③副翼：增加空氣動力穩(wěn)定性，控制eBee的飛行。

④伺服連接裝置：通過伺服連接裝置連接中央體中的伺服電動機以及副翼。l 螺旋槳：飛行時用來產(chǎn)生推力。

⑤相機：內(nèi)置16兆像素的相機，用于航拍圖像。

軟件及功能：

ebee-RTK無人機的軟件包括emotion2和postflight-3D兩種軟件。

①emotion2 軟件

Emotion2軟件操作性簡單，具有極強的智能型，可進行任意的航線設計、起飛區(qū)域和降落區(qū)域的任意選擇，在野外無人機飛行過程中，可進行實時地飛機飛行姿態(tài)、安全狀況的監(jiān)控，并對飛行數(shù)據(jù)進行預處理。

②postflght3D軟件

Postflight3D軟件為無人機飛行數(shù)據(jù)的后處理軟件，在完成相機的自檢校、特征點匹配、空三加密、生成三維點云的基礎上，可快速獲得具有地理坐標的正射影像圖和創(chuàng)建三維模型圖。

3.ebee-RTK無人機的作業(yè)流程

ebee-RTK的作業(yè)流程包括前期準備：根據(jù)項目地形實際情況，現(xiàn)場勘查是否存在過高建筑物或高山，以此設計飛行高度；尋找符合無人機起飛和降落的起飛區(qū)域和降落區(qū)域，保障無人機的飛行安全；布設飛行區(qū)域內(nèi)的像控點，服務于后期的數(shù)據(jù)處理及科研對比等工作。借助emotion2軟件對相關區(qū)域的衛(wèi)星影像圖進行下載，為后續(xù)的航線規(guī)劃提供直觀資料；數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集階段需對飛行參數(shù)進行設置，包括相機參數(shù)、飛行高度、地面分辨率、飛行安全區(qū)域等，根據(jù)事先選定的起飛和降落區(qū)域、飛行規(guī)劃航線進行逐架次的數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)處理和成果輸出：數(shù)據(jù)處理階段對飛行記錄參數(shù)、飛行拍攝相片進行預處理和后處理，生成高精度的正射影像圖、數(shù)字地面模型；具體流程如下圖1所示：

圖1 ebee-RTK無人機的作業(yè)流程圖

4.項目運用

在某項目中，利用無人機對某村實施了范圍20多平方公里的無人機航攝任務。此次飛行完成了ebee-RTK無人機模式下共計11個架次的航攝飛行，獲取了11個架次的飛行數(shù)據(jù)，并利用當?shù)谻ORS站，布設了五個相片控制點，結(jié)合當?shù)匾延械牟糠謪^(qū)域的1:500地形圖數(shù)據(jù)，完成了該任務的全部數(shù)據(jù)的采集工作。并按照圖2所示對數(shù)據(jù)進行了處理和成果輸出。

圖2 ebee-RTK無人機的數(shù)據(jù)處理流程

5.精度分析比較

根據(jù)飛行的地形特征，本次數(shù)據(jù)處理主要是截取影像的東、西、南、北、中五個特征區(qū)域的顯著點、顯著道路面、顯著房屋面，與實測相對應區(qū)域的1:500地形圖進行精度對比。統(tǒng)計表格如下：

表1 ebee-RTK無人機影像圖和1:500地形圖點坐標對比表

根據(jù)表1可知，ebee-RTK無人機的精度與1:500地形圖點位精度相差不大，最大點位誤差為0.79m，最小的點位誤差為0.47米，點位中誤差為0.52m，說明ebee-RTK無人機的絕對定位精度較高，滿足1:2000地形圖點位中誤差1m的要求。

6.結(jié)論

ebee-RTK無人機的飛行精度較高，點位精度小于0.8m，可滿足1:2000地形圖中的精度要求。 ebee-RTK無人機分辨率高、作業(yè)效率高、周期短、輕便靈活、成圖直觀、精確等特點，以及在點云生成圖上直接量測點高程，并計算部分區(qū)域的面積、體積等功能，使其應用范圍十分廣泛，不僅能在一定程度上幫助完成1:2000甚至更大比例尺測圖外，還可以進行地籍測量、土地利用變更調(diào)查和核查、土地執(zhí)法檢查、地質(zhì)災害檢測等方面。隨著無人機技術的不斷發(fā)展，以及諸多高新技術的興起，相信以后更多技術的融合，會更加有利于今后高精度地形圖的測量，無人機依然會發(fā)揮著不可或缺的作用。

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阮懷婷，女，1989.4.20，廣東省陽江市，測繪工程，助理工程師。