大疆RTK无人机在高速公路宗地测量中的应用研究

刘愉 熊先华

1. 中榕规划设计有限公司 湖南 长沙 410200；

2. 长沙测绘有限公司 湖南 长沙 410000

引言

在传统的高速公路宗地测量工作中，由于受高速公路长度、距离带状特性等限制，在利用传统测量方法工作量大，同时容易受到测区环境天气的影响，造成质量不易控制。而采用RTK测量法和全站仪测量法，在宗地测量工作中会消耗掉大量的人力物力，对于高速公路带状特性，采用网络RTK或者全站仪测量均存在控制点布设和碎部测量均存在困难，整个测量工作的周期、精度、效率均受到一定的影响。通过使用无人机航空摄影测量技术避免了传统测量技术存在的各种缺陷和不足；利用无人机的高效、快速获取高速公路带状航空影像可在数字摄影测量工作站上高效进行数字化地形图测量；工程成本投入以及测量精确度方面都有着明显的优势。随着最近无人机实时网络差分技术的发展，无人机航空摄影测量得到了快速发展。在我国高速公路工程勘测到宗地测量工作中，尤其在地形复杂的山区对测量工作效率有较大提高，同时有效保证了测量工作的整体精度和作业人员的安全性，对提高高速公路确权单位的工作效率和经济效益都有着重要的保障。

1 大疆精灵4RTK无人机

大疆精灵4RTK是一款小型多旋翼高精度航测无人机，面向低空摄影测量应用，具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用，全面提升航测效率。精灵4RTK集成全新RTK模块，拥有更强大的抗磁干扰能力与精准定位能力，提供实时厘米级定位数据，显著提升图像元数据的绝对精度。并支持PPK后处理。飞行器持续记录卫星原始观测值、相机曝光文件等数据，在作业完成后，用户可直接通过DJI云PPK服务解算出高精度位置信息。定位系统支持连接D-RTK2高精度GNSS移动站，并可通过4G无线网卡或WiFi热点与NTRIP连接。实现了飞控、相机与RTK的时钟系统微秒级同步，相机成像时刻毫秒级误差。对相机镜头光心位置和RTK天线中心点位置进行补偿，减少位置信息与相机的时间误差，为影像提供更精确的位置信息。具有1英寸2000万像素CMOS传感器捕捉高清影像。机械快门支持高速飞行拍摄，有效避免建图精度降低。借助高解析度影像，精灵4RTK在100m飞行高度中的地面采样距离（GSD）可达2.74cm。每个相机镜头都经过严格工艺校正，以确保高精度成像。畸变数据存储于每张照片的元数据中，方便用户使用后期处理软件进行针对性调整[1]。

2 山区高速公路无人机航摄技术的应用

2.1 航线规划及航空摄影

利用大疆提供的DJIPilot地面站设计山区高速公路航摄飞行线路，按大疆软件设计，飞行最远距离不大于2公里，航带自动按三条航带生成，旁向重叠度大于70%，航向重叠度80%；在山区受地形影响航飞相对高度设计在120～80m之间，航摄像片地面分辨率小于5cm。由于山区地形复杂，部分区域存在大区域的护坡和挡墙设计，航飞设计时应充分考虑护坡高差及范围，在局部区域应及时补飞区域性航片，不能按照带状航线进行设计。高速公路的服务区、停车区、交叉互通、收费站等由于占地面积大应设计区域性航飞线路，也不能按照带状航线设计。

2.2 相控点测量及空中三角测量

采用大疆精灵4RTK无人机进行航摄工作，飞行平台提供了飞行过程中实时动态差分的POS数据，同时也提供可后处理的GNSS观测数据可与地面站进行后差分处理。采用实时差分的POS数据存储在大疆无人机拍摄的原始航片内嵌的XMP元数据中，无须单独整理及提取。

需要注意部分空三测量软件不支持读取XMP元数据格式，需单独处理；部分空三测量软件读取的是原始航片EXIF位置信息文件，EXIF的位置信息文件并不是实时差分的位置成果，而是无人机提供的GNSS单点定位成果，误差较大，不能作为GNSS辅助空中三角测量初始成果使用[2]。

空中三角测量采用GNSS辅助空中三角测量的方式，大疆RTK提供的POS位置精度基本达到了厘米级精度，在相控点布设和施测上可大量节省外业工作；一般布设原则为在航摄区域的四周及中间布设相控点即可；带状航摄区域在带状起始位置分别布设一对相控点，带状航线的中间位置随机布设适当的相控点即可。相控点的测量一般采用网络RTK方式进行，在测量过程中需要注意高程系统的转换；目前各类CROS服务中心只提供大地高高程系统，不提供正常高系统，需要在测量过程中进行转换。

空中三角测量需要对航飞的数据进行分区域分段的进行空中三角测量工作，完成内定向、相对定向、绝对定向后，利用外测量的像控点对空中三角测量平差成果进行精度评定；一般高速公路宗地测量采用1∶2000比例尺精度，按照GB/T7930-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影内业规范》要求空中三角测量中加密点、地物点中误差达到相关要求即可。

利用空中三角测量成果分别导出项目区域内的立体像对模型、实景三维模型、数字正射影像成果、数字表面模型成果

2.3 宗地图测量

使用空中三角测量导出的立体像对模型成果，数字正射影像成果，实景三维模型成果在数字摄影测量工作站或地信信息工作站软件中采集高速公路范围内及附近位置的地物、地貌要素；同时编制宗地图。

测量的高速公路实际用地范围成果需要与高速公路所有权单位进行核对，是否有遗漏及多测情况；同时与自然资源部门批复用地范围进行核对[3]。

图1 高速公路宗地图

图2 航空正射影像图

图3 三维模型图（一）

图4 三维模型图（二）

3 结束语

将无人机有效运用在复杂工作的测量工作中，不管是在测量的效率还是测量精确度方面相比于传统的测量方法都有着较大的优势。通过无人机测绘技术的有效使用，节省了大量的人力物力，提高了测绘工作的整体效率；使用无人机航摄开展高速公路的宗地测量，使用无人机航摄时，一条里程在100公里的高速公路航摄及外业控制测量时间不超过5个工作日，内业空三测量、宗地图测绘时间可有效控制在15个工作日以内；在高速公路工程的建设运维过程当中发挥出了至关重要的作用。