摘要：无人机航测系统目前已经从研究阶段扩展到了实际生产活动之中，广泛应用与测绘制图等工作中。本文研究利用天狼星无人机摄影测量系统，通过采用GNSS实时动态差分、高精度测时与数据处理技术，在避免布设相控点的同时完成了测区内1：2000比例尺DLG数据的生产，产品精度符合测绘成图规范要求。结果表明天狼星无人机测量系统适合大比例尺测绘成图工作，提高测量工作效率的同时节约了大量成本。
关键词：天狼星无人机；航空摄影测量；DLG
Application of Sirius UAV Photogrammetry System in Large Scale Mapping
LU You1 and LI Xinlong2
1．Guang Dong TianXin Electric Power Engineering Testing Co.，Ltd，Guangzhou 510600
2．China Water Northeastern lnvestigation，Design & Research Co.，Ltd，Changchun 130021
Abstract：The UAV aerial survey system has been extended from the research stage to the actual production activities and widely used in the work of surveying and mapping.In this paper，the production of DLG data with a scale of 1：2000 in the survey area was completed without the deployment of phase control points by using the Sirius UAV photogrammetry system，GNSS real-time dynamic differential，high-precision timing and data processing technology.Accuracy of products is in line with the requirements of mapping specifications.The results show that the Sirius UAV measurement system is suitable for large-scale mapping work，improving measurement efficiency and saving a lot of costs.
Keywords：Sirius drone Aerial photogrammetry DLG
1 引言
无人机摄影测量是近年来迅猛发展的高新产业之一。无人机航测技术的低成本、高效率和高分辨率等特点，在农林作业、工业测量、土地资源调查、智慧城市、三维实景、城市规划与农村坚持等方面得到了广泛的应用。特别在地形复杂、人员难以进驻地区的地理信息数据获取方面，拥有独特优势。
无人机航测技术的高时效与高分辨率等性能，是传统遥感测量方法无法比拟的。近年来，国内外研究学者在无人机航测领域取得了丰硕的成果。薛永安，王晓丽等人利用无人机系统快速测绘了矿区内的大比例尺地形图，严慧敏，王飞等人与描述了无人机航测系统在水利工程中的应用，AC Watts ，JH Perry ，SE Smith ，MA Burgess ，BE Wilkinson 等人将低空无人机航测系统应用在了生态系统检测中。
目前航测的方法大部分需要大量的相控点来保证生成数据的精度，生成的数据大多传统的二维数据产品，耗费人力物力的同时也将成果应用局限在测绘专业人员范围内。本研究采用天狼星无人机摄影测量系统，进行测区内1：2000比例尺DLG数据的制作。经过精度验证，生产的数据符合测绘成图要求，为设计单位提供了基础数据，为项目可研阶段提供了方便。
2 测区概况
测区位于吉林省西北部，面积约6.5平方公里。低山丘陵地貌，植被茂盛，森林资源丰富，覆盖率约为75%，，主要树种有：柞树、桦树、水曲柳、楸树、杨树、榆树等乔木，针叶林主要是落叶松、红松、白松等。气候为北温带大陆性季风气候，年温差较大，四季分明。
3 天狼星无人机航测成图技术流程
"天狼星SIRIUS PRO"无人机航测系统，主要由硬件设备、影像处理系统、信息分析系统与数据处理系统等部分组成。飞机材质为工业级超轻泡沫，搭载Sony-RX1R2型号数码相机。采用手抛式起飞，地面分辨率为1.5cm-20cm。最大巡航时间60min，平均时速约为50km/h。
项目地形图测量比例尺为1：2000，平面系统1980西安坐标系，高斯投影，3°分带，中央子午线为126°，高程系统为1985国家高程基准，等高距2m。
表1 飞行参数
地面飞行计划利用飞控软件MAVinci Desktop完成，该软件不仅可以制定无人机飞行计划，为多种后处理软件方案提供接口界面，而且可以在飞行途中计划并修改飞行轨迹。飞行计划参数主要如表1所示。
4 飞行作业过程
4.1安全检查
正式起飞前需对无人机进行安全检查，主要包括安全螺丝的固定检查、电池电量检查、GPS工作检查、相机参数确认等项目。
4.2地面站连接
无人机测控与信息传输系统由数据链和地面控制站组成，其性能和规模在很大程度上决定了整个无人机系统的性能和规模。天狼星无人机航测系统利用MAVinci Desktop飞控连接无人机、内置基准站、内置电台。设置启动程序高度、着落点模式中空中高度、事件触发动作安全高度。设置结束后将飞行计划发送至无人机，监察无人机是否工作正常，同时应用RTK进行基准站坐标信息采集，标高量测。
4.3自动驾驶模式下自动完成航测
手抛起飞无人机，起飞后在起飞位置盘旋进行自检，自检完成后自动飞往目标区域，飞机在航拍过程中利用飞控软件对飞机进行实时监控，响应半径3㎞。飞行过程中如遇到突发状况，可以随时人工接管飞机。
飞机任务完成后，着陆后首先自动下载Pos数据，根据Pos数据自动匹配照片，生成预览，完成快速检查，根据检查结果可以确定相片是否满足精度要求、测区是否有漏飞区域。匹配结束后，选择合适的坐标系，输入基准站坐标。
图1 测区影像处理-DEM 图2 测区影像成果（DSM）图3 测区影像成果（DLG）
导出工程文件利用Photo Scan软件生产测区的DOM与DEM数据，Photo Scan软件无需设置初始值和相机校验，根据最新的多视图三维重建技术，对相片进行处理，生成高质量的DEM与DOM数据，且全程自动化。结果如图1所示。
为获取测区内的DLG数据，新建地形模型。选择适合的DEM与DOM数据，利用EPS软件生成数字地表模型DSM。利用EPS三维测区模块进行DLG数据的生产，如图2所示。测图系统采用二三维联合互动方式生产加工数据，模拟实景测量，打破传统成图方式的同时降低了测图人员的技术性要求。按照测绘测图规范进行DLG数据生产加工，如图3所示。绘制地形图严格执行《国家基本比例尺地图图示第一部分：1：500 1：1000 1：2000地形图图示》标准，生产的地形图数据描绘出了测区内的道路、水系、居民地、地貌、植被等地类信息。
5 精度分析与效率对比
为了验证数据精度，利用生成数据与实测数据进行对比分析。实测点在GPS信号正常固定解的状态下，通过现场RTK实测获得。经验点分别选取房屋边角、道路、水稻田等不同地方选取测量。分析结果如表2所示。
表2 成果比对分析
经过计算分析可知，平面中误差为0.253m，高程中误差为0.198m。高程中误差控制在基本等高距的1/3范围内，平面中误差满足测绘成图精度要求。
本次研究项目为了检验航测方法效率，采用航测与传统RTK测图同步进行的方法进行作业。航测方法用时8天，包括外业航测时间为1天，内业数据处理完成时间为7天。传统RTK测图方法同步进行，8天内测图面积为1.5km2。对比分析可知，无人机航测方法作业率提升率约为74.2%。因此可以了解利用天狼星无人机航测系统进行航测，不仅提高了工作效率，而且减少了外业工作量。
6 结论
天狼星无人机测量系统适用于一般工程项目的地形图测量工作。该系统技术突破了传统的航空摄影测量模式，具有起降灵活、操作简单、安全可靠等特点。更重要是可以在不布设地面控制点的情况下，满足测量规范的精度要求。在今后数字城市的建设、应急救灾、环境监测、土地利用等方面将有更广阔的前景。
参考文献：
[1] 李德仁，李明.无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J].武汉大学学报（信息科学版），2014，39（5）：505-513.
[2] 金伟，葛宏立，杜华强，等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息，2009（1）：88-92.
[3] 周祥生.无人机测控与信息传输技术发展综述[J].无线电工程，2008，38（1）：30-33.
[4] Watts A C，Perry J H，Smith S E，et al.Small Unmanned Aircraft Systems for Low-Altitude Aerial Surveys[J].Journal of Wildlife Management，2010，74（7）：1614-1619.
[5] 薛永安，王晓丽，张明媚.无人机航摄系统快速测绘矿区大比例尺地形图[J].测绘地理信息，2013，38（2）：46-48.
[6] 严慧敏，王飞.天狼星无人机航测系统在水利工程测绘中的应用[J].测绘通报，2017（7）：158-160.
论文作者:陆游1,李鑫龙2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/10
标签：无人机论文; 系统论文; 天狼星论文; 数据论文; 测量论文; 比例尺论文; 地形图论文; 《基层建设》2018年第22期论文;