Geomatics Square 形, 航飞面积 160 平方公里,2011 年 3 月, 采用无人机搭载数码相机 Canon EOS 5DII 进行航拍航飞区域 6 个, 共布设 44 条航线,1784 个立体像对, 航片的航向重叠 70%, 旁向重叠 36%, 像片倾斜角 <5, 像片旋偏角

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1 无人机在江西永泰航电枢纽工程测量中的应用张永何宝根王小刚 ( 中水珠江规划勘测设计有限公司, 广东广州 ) 摘要 : 近年来, 在测量领域运用了先进的无人机数字航空摄影测量技术, 无人机搭载高分辨率数码相机可满足快速获取测区影像数据, 生产 DLG DEM DOM 等产品的需求江西永泰航电枢纽测量工程成功利用了无人机摄影成图技术, 也是水利行业一个新技术的突破本文以永泰航电枢纽工程为背景, 以 VirtuoZo 全数字摄影测量系统制作地形图及正射影像图为研究对象, 详细分析了地形图及正射影像图的制作流程和方法, 可以用于指导生产实践, 在水利和测绘行业具有一定的推广价值和借鉴意义关键词 : 无人机 ;Virtuozo;PATB; 数字航空摄影 ; 航电枢纽 1. 工程概况江西永泰航电枢纽工程是江西省十二五航道重点工程, 工程总投资为 28 亿元工程位于赣江中游吉安市新干县三湖镇上游约 1.5km 处, 上距峡江水利枢纽约 56 公里, 是一座以航运为主, 兼顾发电等综合利用功能的航电枢纽工程工程建设的主要内容包括船闸泄水闸电站左右岸挡水坝坝顶公路桥库区防护库区淹没处理鱼道等工程本项目通航建筑物建设标准为内河 Ⅲ 级, 船闸有效尺度为 m ( 长宽槛上水深 ); 电站总装机容量 12 万 kw, 年平均发电量 5.78 亿 kw/h, 采用一回 220kV 电压等级架空线路接入熊家槽变电站 ; 泄洪闸冲砂闸共 24 孔, 泄流宽度 480m; 挡水土石坝总长 530m 库区工程包括防洪堤抬田工程导托 ( 排 ) 渠排涝站等无人机是近年来兴起的一项新技术, 因携带方便无需专用跑道低空及对天气要求低等特点, 逐渐在工程中得到应用 2010 年 9 月中水珠江规划勘测设计有限公司 ( 简称珠江设计公司 ) 首次采用无人机获取台山风电场 40 平方千米 0.2 米分辨率的数字航空影像, 制作测区 1:5000 地形图 2011 年 3 月, 珠江设计公司采用无人机获取了江西永泰航电枢纽 160 平方千米的数字航空影像 2011 年 9 月, 珠江设计公司为解决岸线码头测量人员进去难直接测量难的问题, 运用无人机技术对广州出海水道 ( 黄埔 ~ 虎门段 ) 及黄茅海南进行岸线 1:5000 航空摄影测量, 飞机平均飞行高度 1100m, 航飞面积 600km 2, 影像分辨率 0.5m 应用无人机作平台, 除制作出了传统的 1:2000 及 1:5000 比例尺线画图 (DLG) 外, 还制作出了正射影像图 (DOM), 另还可制作测区数字高程模型 (DEM), 更有利于水库移民等设计专业的设计, 是一种崭新的测绘新技术 2. 测区航摄资料情况测区位于江西新干县, 包含平地和丘陵地两种地 10

Geomatics Square 形, 航飞面积 160 平方公里,2011 年 3 月, 采用无人机搭载数码相机 Canon EOS 5DII 进行航拍航飞区域 6 个, 共布设 44 条航线,1784 个立体像对, 航片的航向重叠 70%, 旁向重叠 36%, 像片倾斜角 <5, 像片旋偏角 <15, 航线弯曲度为 3% 测区共用了 3 种相机拍摄, 其中 1 3 区域相机焦距为

1mm;⑸ 像控点宜选在交通便利的地方现场刺点确认无误后, 在像片背面进行整饰, 以刺点中心为圆心, 画制直径为 2~3cm 的圆圈在刺点处绘制点位略图, 标注点名并进行文字说明像控点选刺情况见下图所示 : 图 1 永泰 4 5 区域航飞计划线航线顺河道方向布设, 设计高度 :800 米, 实际飞行高度 :800 米, 飞行高度和基高比满足设计要求, 分辨率 0.

1 像控点布设方案及选刺要求像片控制点分为平面点高程点及平高点, 本测区所有像控点皆为平高点根据工程项目用图需要, 本工程成果要求为 1:2000 及 1:5000 比例尺 DLG 及 DOM, 为满足成图精度要求, 航线按每 4 条基线布设 1 个平高控制点的间隔进行航线布点, 旁向按每 2 条航线布设一排平高控制点的方案进行布点, 以确保每条航线都有一排外业平高控制点,

2 Geomatics Square 形, 航飞面积 160 平方公里,2011 年 3 月, 采用无人机搭载数码相机 Canon EOS 5DII 进行航拍航飞区域 6 个, 共布设 44 条航线,1784 个立体像对, 航片的航向重叠 70%, 旁向重叠 36%, 像片倾斜角 <5, 像片旋偏角 <15, 航线弯曲度为 3% 测区共用了 3 种相机拍摄, 其中 1 3 区域相机焦距为 mm,2 区域相机焦距为 mm,4 5 6 区域相机焦距为 mm; 像幅大小为 36mm 24mm 测区 4 5 区域航飞计划线见下图 1 所示 : 图 2 部分像控点布设示意图折点上或影像小于 0.2mm 的点状地物中心 ; ⑶ 像控点位置距像片边缘要大于 1~1.5cm; ⑷ 像片上刺点空孔小于 0.1mm;⑸ 像控点宜选在交通便利的地方现场刺点确认无误后, 在像片背面进行整饰, 以刺点中心为圆心, 画制直径为 2~3cm 的圆圈在刺点处绘制点位略图, 标注点名并进行文字说明像控点选刺情况见下图所示 : 图 1 永泰 4 5 区域航飞计划线航线顺河道方向布设, 设计高度 :800 米, 实际飞行高度 :800 米, 飞行高度和基高比满足设计要求, 分辨率 0.20m 满足规范要求 3. 外业像控点布设方案及施测 3.1 像控点布设方案及选刺要求像片控制点分为平面点高程点及平高点, 本测区所有像控点皆为平高点根据工程项目用图需要, 本工程成果要求为 1:2000 及 1:5000 比例尺 DLG 及 DOM, 为满足成图精度要求, 航线按每 4 条基线布设 1 个平高控制点的间隔进行航线布点, 旁向按每 2 条航线布设一排平高控制点的方案进行布点, 以确保每条航线都有一排外业平高控制点, 且点与点之间的间隔均为 4 条基线测区共布 480 个像控点, 像控点布设情况见下图所示 : 像控点选刺原则 :⑴ 要满足成图精度要求 ;⑵ 是像控点宜布设在影像清晰的明显地物上, 如明显地物转图 3 像控点选刺示意图 3.2 像控点测量像控测量是指根据相片在内业设计布点方案并选定能在实地观测的地物特征点, 在实地根据划定影像的灰度和形状确定像控点的位置, 联测求解该点三维坐标的过程像控点施测方法有很多种, 如三角测量导线测量 RTK 测量 GPS 静态测量等由于本项目涉及范围大时间紧, 采用上述方法速度较慢, 满足不了生产任务要求, 因此我们采用 JXCORS 网络 RTK 作业法, 既提高了像控测量效率, 又有精度保证为了求得工程实地坐标和高程, 首先进行野外点校正, 通过和已知点进行联测来求解转换参数, 确定坐标转换关系后, 可实时测得像控点的实地坐标和高程 11

3 现场像控点测量分为 3 个作业班组, 每组 2 人 ( 包括司机 ), 每组可完成 15 点 / 天, 测区共布设了 480 个像控点,10 个工作日即完成, 比常规方法效率提高 1 倍, 而且利用 CORS 测量精度分布均匀 4.VirtuozoAAT-PATB 空中三角测量空中三角测量是航空摄影测量专业中的重要部分, 进行空中三角测量的目的就是为影像纠正数字高程采集和航测立体测图提供定向成果, 空中三角测量的最主要的成果就是像片定向点大地坐标和像片外方位元素空中三角测量主要涉及资料准备内业加密点的选点观测相对定向空中三角测量平差计算区域网接边质量检查和成果整理与提交等 7 个主要环节 4.1 VirtuozoAAT-PATB 介绍图 4 空中三角测量作业流程 VirtuozoAAT 是自动空三量测模块, 可以半自动量测控制点, 内定向选取加密点加密点转点相对定向模型连接和生成整个测区像点网都可以自动完成 PATB 光束法区域网平差程序具有高性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能, 是目前国际上公认的著名平差软件上述两个软件的优点结合在一起形成功片等空中三角测量过程 (1) 建立测区完成测区参数设置, 主要包括测区文件建立加密点文件相机文件的建立等 (2) 设置主要引入控制点和影像, 包括影像旋转, 最终生成影像压缩格式 VZ 文件能强大的自动空三软件 VirtuoZoAAT-PATB 4.2 作业流程针对无人机航空摄影而言, 由于像幅较小, VirtuozoAAT 自动化空三加密优势发挥不了作用, 本工程采用手动交互式编辑进行作业作业流程见图 4 所示资料准备空中三角测量的资料准备主要包括 : 像片索引图航摄仪技术参数资料飞行记录资料测区内现有小比例尺地形图区域网外业像片控制点点位略图区域网外业像片控制点成果表区域网外业像片控制点刺点图 5 手动加航带间连接点 12

经过笔者探索分析主要有以下几方面原因 : 1) 控制点坐标系反了, 可以将控制点文件 X Y 值互换后再计算 ; 2) 控制点坐标文件 (GRD) 中有同名点 3) 有些控制点有很大的误差或错误, 比控制点中的误差大几十或几百倍, 这样 PAT-B 计算迅速发散, 挑不出这些错点 (7) 生成加密成果到此, 空三完成图 8 空三精度报告 5.

4 Geomatics Square (3) 建立影像列表按航带号导入对应影像, 并进行像片像素设置和相机文件导入 (4) 内定向主要完成建立框标模板自动内定向检查自动内定向结果 3 项工作一般像片框标坐标量测误差要求小于 0.02mm (5) 交互式编辑主要完成手动加航带间连接点, 手动加像片同名点, 包括五度重叠及六度重叠点手动加点虽然速度慢, 但可以提高加密的精度缘点删除或编辑, 然后重新计算, 再删除或再编辑, 如此反复, 直到挑不出大的粗差点先粗略平差, 编辑点比较费时间而且需要耐心和细心, 所有粗差点编辑完成后满足加密点要求后, 再进行精细平差平差计算不一定都能收敛, 或者控制点误差太大超过限差值经过笔者探索分析主要有以下几方面原因 : 1) 控制点坐标系反了, 可以将控制点文件 X Y 值互换后再计算 ; 2) 控制点坐标文件 (GRD) 中有同名点 3) 有些控制点有很大的误差或错误, 比控制点中的误差大几十或几百倍, 这样 PAT-B 计算迅速发散, 挑不出这些错点 (7) 生成加密成果到此, 空三完成图 8 空三精度报告 5. 立体测图与 DEM DOM 生成图 6 单张像片手动加点 5.1 立体测图立体采集使用 VirtuoZo 全数字摄影测量工作站完成模型定向采用空三自动恢复模型进行立体测图, 工作站具备实时核线自动模型切换的特点, 提高了立图 7 手动加密点后点位分布图 (6) 加入控制点, 调用 PATB 平差程序进行平差计算, 首先在 Project Feature 里选择粗差探测, 在每张片子上挑出一个像点进行模拟计算, 将大粗差点和边体测图效率立体测图和常规野外测图一样, 分为地物的采集和地貌的采集地物采集宜先采集道路管线地类界等线状地物, 然后是居民地和独立地物河流沟渠的宽度在图上大于 1mm 时依比例尺采集, 否则, 用单线按 13

中心线采集表示地貌主要由高程注记点和等高线描绘配合地貌符号构成高程点采集尤为重要, 特别是初学立体测图者, 高程点往往采集误差较大要求图内所有地形变换点均测注高程, 如山头鞍部坑穴路的交叉等 ; 地势平坦区要求采集点要均匀, 按格网 8~12 点为宜对于植被采集进行了立体判读参照外业调绘资料相互结合的方式进行植被上图图 9 永泰航电枢纽 1:2000 正射影像图 ( 局部

5 中心线采集表示地貌主要由高程注记点和等高线描绘配合地貌符号构成高程点采集尤为重要, 特别是初学立体测图者, 高程点往往采集误差较大要求图内所有地形变换点均测注高程, 如山头鞍部坑穴路的交叉等 ; 地势平坦区要求采集点要均匀, 按格网 8~12 点为宜对于植被采集进行了立体判读参照外业调绘资料相互结合的方式进行植被上图图 9 永泰航电枢纽 1:2000 正射影像图 ( 局部 1:1 显示 ) 电线杆以打单杆为主, 线走向靠人工野外调绘经现场抽查知, 立体测图平面精度为 ±0.20m, 满足水利水电工程测量规范 (SL ) 要求 ; 由于受小框幅相机摄影基线及软件模型算法的影响, 远离像控点的地方高程误差较大, 高程平均精度为 ±0.42m, 满足水利水电工程测量规范 (SL ) 要求 ( 按丘陵地地类 ) 5.2 DEM 和 DOM 生产在自动相对定向绝对定向核线重采样影像匹配做完后, 设置好 DEM 格网间隔 DOM 的地面采样距离序比较高, 但对于无人机小幅影像的处理, 自动化的优势得不到体现, 还需靠手工加点在使用过程中发现 VirtuoZo 软件仍然有一些不完善的地方, 如软件运行有时不稳定对加密点要求非常高, 需要人工精确加很多点才能满足平差要求, 费时费力还不具备批量拼接 DOM 的功能等, 有待进一步完善另外受无人机小框幅相机的影响, 摄影基线比较短, 高程精度难以控制, 也是无人机技术现在急需解决的关键问题之一 GSD 及成图比例尺, 利用 VirtuoZo 可自动批量生成 DEM 和 DOM 数字高程模型 (DEM) 的生产环节主要包括定向建模特征点线采集, 构 TIN 内插 DEM,DEM 数据编辑,DEM 数据接边,DEM 数据镶嵌与裁切等数字正射影像图 (DOM) 的生产环节主要包括色彩调整 DEM 采集影像纠正影像镶嵌图幅裁切等 5 个环节 ( 见图 9) 6. 结语无人机技术在江西永泰航电枢纽工程中得到成功应用, 使测量效率得到了明显的提高, 大大减少了外业工作量, 有很大的推广应用价值, 也是水利水电行业一个新技术的突破 VirtuoZo 的软件优势在于自动化程参考文献 [1] 韩志晟. 浅谈无人机低空摄影测量在南水北调工程中的应用 [J].GNSS WORLD 应用服务,2011. [2] 适普公司. 自动空中三角测量软件 VirtuoZo 使用手册 [3] 国家测绘局职业技能鉴定指导中心. 注册测绘师资格考试辅导教材. 测绘出版社,2009. [4] 高琼, 彭维吉. VirtuoZo AAT 在自动空中三角测量中的应用 [J]. 黄河水利职业技术学院学报,2009 [5] 孙红菊. 航空摄影测量数字化测图采集方法探析 [J]. 测绘地名学,

RTK与PPK技术在电力工程中的应用

RTK与PPK技术在电力工程中的应用 Geomatics Science and Technology 测绘科学技术, 2014, 2, 44-48 Published Online October 2014 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/gst http://dx.doi.org/10.12677/gst.2014.24008 The Application of RTK and PPK

Geomatics Square 形, 航飞面积 160 平方公里,2011 年 3 月, 采用无人机搭载数码相机 Canon EOS 5DII 进行航拍 航飞区域 6 个, 共布设 44 条航线,1784 个立体像对, 航片的航向重叠 70%, 旁向重叠 36%, 像片倾斜角 <5, 像片旋偏角

Geomatics Square 形, 航飞面积 160 平方公里,2011 年 3 月, 采用无人机搭载数码相机 Canon EOS 5DII 进行航拍航飞区域 6 个, 共布设 44 条航线,1784 个立体像对, 航片的航向重叠 70%, 旁向重叠 36%, 像片倾斜角 <5, 像片旋偏角