天宝UX5无人机航测系统在公路勘察设计中的应用



天宝UX5无人机航测系统在公路勘察设计中的应用

魏方震，武少丰，吉世鹏，杜洪涛

(河南中原公路勘察设计有限公司，河南 濮阳 457000)

一、引言

目前,公路带状地形图的勘察测量主要采用全站仪、GPS RTK测量，以及传统的航空摄影测量法。全站仪测量及GPS RTK测量需要投入大量人力、物力，在地形复杂、破碎、建筑密集地区测量难度大且勘测周期长，进而导致工程效率低、成本高。传统航空测量虽然技术成熟、应用广泛,但对天气和机场条件的依赖性大、成本较高、摄影周期较长。无人机系统航测可以在最低云下飞行，而且不受机场条件的限制，可以有效弥补大飞机航测的不足。

天宝UX5无人机航测系统包含外业无人机和内业数据后处理软件。外业飞行主要由无人机系统、飞行控制系统、地面控制系统等组成，最高飞行高度为750 m，最低飞行高度为75 m；内业数据处理由TBC PM版数据处理软件系统完成。

二、项目应用分析

1. 测区概况

测区位于中纬度地带，常年受东南季风环流的控制和影响，气候温和，四季分明，年平均日照时数为2 454.5 h；测区内以平原为主，最高海拔58 m，最低海拔44 m，整个地势由西南向东北略有倾斜。测区内交通便利， 该公路申报等级为二级公路，设计速度80 km/h，路基宽度18 m，路线全长46.34 km，改线路11.7 km，利用老路加宽34.64 km，改线路占地374 667 m2，利用老路加宽占地762 000 m2，合计占地1 136 667 m2。

2. 无人机航空摄影

本测区选用天宝UX5无人机航测系统，系统根据测区精度要求自动规划飞行航线，自主飞行获得测区内1∶2000地形图。测量区域为沿路线中线两侧各1 km宽度，形成带状区域，整个航摄面积为95 km2，路线长度46.34 km，航高设定为300 m，地面分辨率达到9.6 cm，航向重叠度80%，旁向重叠度80%；共分5个飞行任务，24个架次，8417张航片。航线布设如图1所示。

图1　无人机航线布设示意图

3. 像控点布设

外业像控是航测的基础，是内业成图的依据，为保证数据的准确性，在每个架次飞行前须布设像控点。根据UX5航测系统的特点及测区情况，在每个架次的两端各布设一对像控点，中间布设一个像控点。像控点布设如图2所示。

图2　像控点布设示意图

4. 内业数据处理

外业飞行完成后，将无人机采集到的航飞姿态数据及影像数据(照片)导入TBC PM(Trimble Business Center)软件系统进行处理。处理时可以根据计算机配置情况和工程紧迫性，采用单架次处理或多架次合并处理，由于本项目架次较多，故采用多架次合并处理。经测试最多可同时处理3600张航片。将每一个飞行架次的飞行姿态数据导入到TBC软件，可同时导入多个架次，然后合并架次后处理。先进行连接点平差，以修正摄像点相对方位；连接点平差成功后进行像控点刺点，执行控制点平差，确定物理要素的精确测量的坐标位置，用于修正地理参考图像；最后输出正射影像图、数字地形模型及点云数据。以前的TBC 3.1版本只能输出数字表面模型，而TBC 3.4版本可生成数字地形模型，有效剔除了大部分房屋、地表植被等附属物，更大地提高了高程数据适用性，为后期数据处理节省了很大工作量。如图3所示。

图3

5. DOM、DSM、DTM数据后期转换

由于TBC PM软件处理出来的DOM、DEM不是按标准分幅输出的，因此需要对生成的DOM和DEM进行分幅和裁切。数据的后期转换可以采用Global Mapper等软件进行分幅处理，即首先在南方CASS中做好标准分幅图框，然后在Global Mapper中同时打开DOM数据和图框数据，选择图框，输出裁切到选择区域的图元,如图4所示。

图4

6. 地形图、线画图制作

将分幅好的正射影像图利用小插件ABC_Auto-CAD插入到南方CASS进行扫描矢量化，制作DLG线画图，并利用DEM制作等高线，如图5所示。

图5

三、结束语

天宝UX5无人机航测系统可在最低75 m的高度飞行，地面分辨率最高2.4 cm，处理后生成的正射影像图分辨率达到3 cm，数据精度较高，完全可以满足公路工程选线、初步设计、工程预可行性研究的用途需求，相对于全外业测图和传统航测，大大提高了工作效率，并能获取丰富的图形图像资料。UX5无人机采用的电动方式有效续航时间为50 min，航拍效率有了进一步提高。另外UX5无人机机身采用EPP特殊聚合物材料及碳纤维骨架，具有良好的防冲击性，对于采用俯冲降落腹部着地作业方式的无人机而言，放宽了降落场地的要求。

(本专栏由天宝测量部和本刊编辑部共同主办)

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