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pos機(jī)定位圖解
1 引言
在1 ∶ 500 地形圖測(cè)繪中，采用數(shù)字化測(cè)圖的作業(yè)方式更能保證地形圖地物的精度，但它需要控制網(wǎng)布設(shè)、逐個(gè)地物測(cè)繪、后期編繪等大量工作，整個(gè)作業(yè)周期很長(zhǎng)。由于無人機(jī)、定位技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對(duì)地形圖測(cè)繪的周期要求更短，測(cè)繪單位需要改變傳統(tǒng)的作業(yè)模式，提升效率，縮短項(xiàng)目周期。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)具有快速、便捷、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，但考慮無人機(jī)及相機(jī)等硬件因素，大多認(rèn)為在內(nèi)業(yè)處理及外業(yè)航攝上均需進(jìn)一步的提升才能完全滿足1 ∶ 500的測(cè)圖精度要求[1-6]。
本文通過采用無人機(jī)航測(cè)和RTK-全站儀傳統(tǒng)測(cè)繪兩種方式對(duì)龍巖的一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)繪，并對(duì)作業(yè)成果進(jìn)行對(duì)比分析，測(cè)量成果滿足測(cè)量精度要求，有效地提高了生產(chǎn)效率，縮短了作業(yè)周期。
2 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)概述
無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)主要包括準(zhǔn)備工作、外業(yè)航攝及像控點(diǎn)測(cè)量、內(nèi)業(yè)成圖和外業(yè)調(diào)繪五個(gè)階段，具體如圖1 所示。
圖1 無人機(jī)航測(cè)技術(shù)流程圖
3 1:500無人機(jī)航測(cè)技術(shù)研究
3. 1 項(xiàng)目概述
本次測(cè)試選取包括了房屋、道路、水田、河流、山體等地物類型多的項(xiàng)目作為測(cè)試范圍，面積為3. 22 km2，如圖2 所示。采用KC1600 固定翼無人機(jī)，搭載已做過檢校的索尼a7r 相機(jī)進(jìn)行航攝。相機(jī)的主要參數(shù): CCD大小: 35. 9 mm×24 mm，固定焦距: 36. 348 mm; 影像尺寸: 7 360×4 912; 像元大小: 4. 8 μm。航飛的主要參數(shù):①相對(duì)航高: 255 m;②航向重疊度: 75%;③旁向重疊度:65%;④地面分辨率為3 cm。
圖2 項(xiàng)目區(qū)范圍圖
3. 2 控制資料
3. 2. 1 像控點(diǎn)
在無人機(jī)航測(cè)中，像控點(diǎn)布設(shè)均需考慮兩個(gè)條件:一是足夠數(shù)量合理分布的像控點(diǎn); 二是像控點(diǎn)的點(diǎn)位明確。目前無人航測(cè)軟件主要有Inpho、Pix4D 和航天遠(yuǎn)景Mapmatrix 等，本實(shí)驗(yàn)采用Inpho 進(jìn)行空三加密結(jié)合Mapmatrix 進(jìn)行航測(cè)成圖。無人機(jī)航攝與有人機(jī)航攝不同，其飛行高度低，速度慢，易受大氣升力、風(fēng)力的影響，造成重疊度不規(guī)則，因此對(duì)像控點(diǎn)布設(shè)及量測(cè)提出以下要求:
( 1) 像控點(diǎn)布設(shè)
在空三加密中，像控點(diǎn)分為高程點(diǎn)( VE) 、平面點(diǎn)( HO) 、平高點(diǎn)( HV) 、高程檢查點(diǎn)( CVE) 等。本試驗(yàn)主要以平高點(diǎn)為主，部分像控點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，它的布設(shè)要遵循以下的準(zhǔn)則: ①應(yīng)布設(shè)在航向及旁向6 片或5片重疊范圍內(nèi)，使布設(shè)的像控點(diǎn)盡量均勻; ②應(yīng)布設(shè)在便于查找識(shí)別的位置; ③盡量布設(shè)在地表，如道路交匯處; ④顏色分界清楚區(qū)域，便于像控點(diǎn)精準(zhǔn)刺點(diǎn); ⑤根據(jù)已有影像( 例如谷歌影像) 判斷是否存在不好布設(shè)控點(diǎn)的地帶，如一片森林或一片稻田等，針對(duì)這種地帶，在無人機(jī)起飛之前應(yīng)灑石灰或其他建立可識(shí)別的標(biāo)志性形狀作為像控點(diǎn)。本次航飛共布設(shè)84 個(gè)平高點(diǎn)，如圖3 所示。
圖3 像控點(diǎn)分布圖
( 2) 像控點(diǎn)測(cè)點(diǎn)及刺點(diǎn)
像控點(diǎn)的坐標(biāo)是否精準(zhǔn)影響整個(gè)測(cè)區(qū)的絕對(duì)定向的精度，因而對(duì)像控點(diǎn)的測(cè)量必須做到圓水泡居中，多次測(cè)量平差取值。本次航飛的像控點(diǎn)量測(cè)采用RTK量測(cè)10 次后進(jìn)行平差，得到較為精準(zhǔn)的像控點(diǎn)坐標(biāo)。
選用的像片控制點(diǎn)，其目標(biāo)影像應(yīng)清晰、易于辨別，特別是測(cè)區(qū)邊緣的像控點(diǎn)一定要清晰明了無異議，點(diǎn)之記說明清楚無誤，如房角點(diǎn)，需說明是東南角還是西北角的房角點(diǎn)。
3. 2. 2 空三加密
空三加密是在已知少量地面控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過量測(cè)重疊像片的同名像點(diǎn)坐標(biāo)，依據(jù)攝影測(cè)量原理，運(yùn)用解析方法求解像片外方位元素及加密點(diǎn)坐標(biāo)的工作。本次試驗(yàn)區(qū)采用Inpho 7. 1 做空三加密，通過將影像POS ( Position and Orientation System，定位定姿系統(tǒng)) 數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系由大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)為直角坐標(biāo)，影像的畸變改正、構(gòu)建影像金字塔模型、同名點(diǎn)提取、連接航帶、像控點(diǎn)刺點(diǎn)、平差等多個(gè)階段完成空三加密，本次測(cè)區(qū)的空三總共采用了82 個(gè)平高點(diǎn)，14 個(gè)檢查點(diǎn)，檢查點(diǎn)的精度如圖4 所示。
圖4 空三加密檢查點(diǎn)精度記錄表
3. 3 DLG 生產(chǎn)
3. 3. 1 立體測(cè)圖
采用航天遠(yuǎn)景Mapmatrix4. 2 構(gòu)建立體像對(duì)，進(jìn)行內(nèi)業(yè)的立體采編。該軟件可不需要提前采集核線，可以采用實(shí)時(shí)核線進(jìn)行測(cè)圖; 能根據(jù)外方位元素和影像重疊度自動(dòng)組合立體像對(duì)，生成最佳的交會(huì)角，提高測(cè)圖的高程精度; 也支持自動(dòng)/手動(dòng)切換立體模型，實(shí)現(xiàn)無縫連接，降低接邊工作量和立體模型選擇的工作量，提高作業(yè)效率[7]。
3. 3. 2 外業(yè)調(diào)繪
立體測(cè)圖形成了初步DLG 成果后，通過外業(yè)調(diào)繪，復(fù)核地物的完整性及保證成圖的精度。外業(yè)調(diào)繪的工作包括屋檐更正、電桿連線、地物核實(shí)、道路調(diào)繪、水系調(diào)繪等內(nèi)容[8]。在1 ∶ 500無人機(jī)航測(cè)中，最困難的在于屋檐的外業(yè)更正。將一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為以下幾點(diǎn):
( 1) 注記: 外業(yè)調(diào)繪對(duì)一幢房子往往標(biāo)記很多字樣，如尺寸、注記、層數(shù)等，建議以分色來表述，便于內(nèi)業(yè)改圖識(shí)讀，房屋結(jié)構(gòu)盡采用拼音首字母來表示，簡(jiǎn)化外業(yè)地圖的注釋。
( 2) 屋檐寬度的量注: ①實(shí)地量取房寬( 長(zhǎng)) 反求屋檐，若單靠目估或直覺來評(píng)讀房屋的寬度往往是難以保證精度的，一定要量取房子真實(shí)的長(zhǎng)寬，當(dāng)無法量取時(shí)，可借助圍墻( 或無檐房) 與其的直線共線等關(guān)系確定; ②滴水線法，關(guān)鍵在于找準(zhǔn)地面上滴水痕跡，量取滴水痕跡至墻基的距離為屋檐寬度，若有排水孔、排水溝時(shí)不宜采用此法; ③比較法，要嚴(yán)格判斷相鄰房屋、同一幢房屋相關(guān)的邊是否存在平行或同一個(gè)直線上等幾何關(guān)系，此法主要根據(jù)某一相鄰房屋或同一幢房屋的某些邊無屋檐時(shí)可直接改正; ④目估法( 吊垂線法) ，將垂線切準(zhǔn)至屋檐邊線后，量取垂線至墻基的距離，此法關(guān)鍵在于目測(cè)垂球線是否切準(zhǔn)屋檐，在實(shí)際作業(yè)過程中，盡量不采用此法丈量屋檐。
( 3) 特殊情況的屋檐處理: 如實(shí)地兩房屋原本分開，而采集時(shí)卻靠在一起，應(yīng)注意兩房屋的關(guān)系，要量取房屋的邊長(zhǎng)來定位，并注明夾巷的寬度等。又如有女兒墻的平頂房屋，外面又有屋檐及屋檐是斜向的房屋，一定要量取房屋的長(zhǎng)寬或幢距進(jìn)行改正等等。
4 結(jié)果分析
采用航測(cè)外業(yè)調(diào)繪改正的數(shù)據(jù)和RTK 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，主要從平面精度和高程精度兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比。在平面精度方面選取房屋轉(zhuǎn)角點(diǎn)、電桿點(diǎn)、田埂、坎和圍墻等地物的轉(zhuǎn)角點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，在高程精度方面選取居民區(qū)高程點(diǎn)、道路高程點(diǎn)和耕地高程點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1 所示。將在RTK-全站儀傳統(tǒng)測(cè)繪和無人機(jī)航測(cè)投入的人員及階段周期分別作一個(gè)統(tǒng)計(jì)表，如表2 所示。
綜上分析，田埂、道路、坎等地物的平面精度較好，房屋精度較差; 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，屋檐更正大的平面精度更低。因此，無人機(jī)航測(cè)應(yīng)嚴(yán)格按照《中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)( CJJ /T 8-2011) : 城市測(cè)量規(guī)范》中1 ∶ 500的技術(shù)要求進(jìn)行高質(zhì)量影像獲取、像控點(diǎn)布設(shè)、空三加密。從DLG 成果上分析，平面精度在一定地物上是可以達(dá)到1 ∶ 500的地形圖測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn); 高程精度相對(duì)于平面精度略低，當(dāng)對(duì)高程精度要求高時(shí)，應(yīng)采用RTK-全站儀傳統(tǒng)測(cè)量方式測(cè)量。從表2 可以看出，采用無人機(jī)航測(cè)之后，減少了人員的投入，縮短了項(xiàng)目周期，節(jié)約了工程測(cè)繪項(xiàng)目的成本。
5 結(jié)論
本文采用固定翼無人機(jī)進(jìn)行低空攝影，通過充分的準(zhǔn)備工作，進(jìn)行外業(yè)的航空攝影、像控點(diǎn)測(cè)量以及內(nèi)業(yè)測(cè)圖，最終通過外業(yè)調(diào)繪階段形成試驗(yàn)區(qū)1 ∶ 500地形圖。通過將此地形圖與同時(shí)進(jìn)行的RTK-全站儀傳統(tǒng)測(cè)繪數(shù)據(jù)成果進(jìn)行對(duì)比，分析總結(jié)出不同類別地物的誤差情況，而且在項(xiàng)目的投入上得到了很大的改善。對(duì)于電桿、道路、田埂、陡坎、河流等地物可以采用無人機(jī)航測(cè)進(jìn)行成圖，對(duì)于復(fù)雜的房屋，如成群的老建筑及相關(guān)的高程點(diǎn)，應(yīng)采用全站儀測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)充修測(cè)，當(dāng)對(duì)高程精度要求高時(shí)，應(yīng)采用RTK-全站儀傳統(tǒng)方式測(cè)量，以保證精度要求，而且也能縮短項(xiàng)目周期。
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