飛馬F200大比例尺(1:500)測圖應(yīng)用案例 原創(chuàng) 2017-02-17 飛馬機器人 飛馬機器人  1  任務(wù)分析 1.1 測區(qū)分析測區(qū)位于廣州某地，地形以平原為主，平均海拔約0m，Zui高約3m，Zui低約-7m。   1.2 精度要求根據(jù)規(guī)范中的要求，在確保成圖精度的前提下，本著有利于縮短成圖周期、降低成本、提高測繪綜合效益的原則在表 1的范圍內(nèi)選擇。表 1 地面分辨率 測圖比例尺 地面分辨率值(cm) 1:500 ≤5 1:1000 8~10 1:200015~20  此次攝影獲取的影像用于制作成圖比例尺為1：500的數(shù)字產(chǎn)品（DEM、DOM、DLG），因此要求航空影像的地面分辨率（GSD）小于等于5cm，本次實驗中采用GSD= 4cm。   1.3 設(shè)備選型飛馬智能航測系統(tǒng)F200作業(yè)采用三模雙頻GPS導(dǎo)航定位，獲取高精度DOM影像，地面分辨率達到2~30cm，可以滿足國土規(guī)劃、土地執(zhí)法檢查、地籍管理、城市/基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、交通規(guī)劃、林業(yè)監(jiān)測、水土保持、水工建筑監(jiān)測、應(yīng)急救災(zāi)等各行業(yè)應(yīng)用。本次實驗數(shù)據(jù)由飛馬智能航測系統(tǒng)F200獲取。2 方案設(shè)計 2.1 飛行方案測區(qū)面積約3.8km2，地形以平原為主，平均海拔約0m，Zui高約3m，Zui低約-7m。根據(jù)實驗需求，本次飛行方案采用Sony單數(shù)碼相機，設(shè)計地面分辨率4cm，相對航高311m，航向重疊80%，旁向重疊60%，共設(shè)計1架次飛行作業(yè)。測區(qū)平均飛行高度約為307m，根據(jù)測區(qū)內(nèi)Zui高點和Zui低點高程，計算可得實際獲取影像的GSD為3.9cm~4.0cm，滿足1:500航攝規(guī)范的要求。  ▲圖 1 測區(qū)航線規(guī)劃圖   2.2 控制點布設(shè)方案F200采用PPK后差分技術(shù)，輸出厘米級高精度定位數(shù)據(jù)，極大減少了控制點布設(shè)數(shù)量。如下圖，測區(qū)共布設(shè)6個控制點，其中黃色圖標(biāo)顯示的即為控制點。▲圖 2 控制點分布圖 2.3 控制點測量要求 控制點采用RTK方式量測得到，選取在地面具有明顯標(biāo)識處。  2.4 基站架設(shè)本次實驗采用后處理差分的方式進行GPS數(shù)據(jù)處理。選取測區(qū)附近的已知點架設(shè)基站。為保證數(shù)據(jù)獲取精度，機上GPS采用20Hz采樣頻率，地面基站采用1Hz采樣頻率，兩者同時觀測進行數(shù)據(jù)采集，且保證基站早于流動站30min開機、晚于流動站30min關(guān)機。3 飛行實施 3.1 飛行參數(shù) 采用飛馬智能航測系統(tǒng)F200進行航攝。具體參數(shù)如下：表 2 F200航攝參數(shù) 航攝時間 2016.10 航攝相機 SONY RX1R II像元大小 4.5μm 鏡頭焦距 35 mm 相對航高 311m 地面分辨率 0.04m 快門速度 1/1600秒 光圈大小5.6 ISO Auto (100~800) 飛行里程 49km 飛行時間 49分鐘 拍攝像片 947張飛行過程監(jiān)控各飛行參數(shù)均正常，巡航時速度基本穩(wěn)定在60 km/h，飛行姿態(tài)平穩(wěn)，三姿角度偏差<5°。整個任務(wù)共完成947張原始影像拍攝，通過無人機管家軟件智檢圖進行數(shù)據(jù)質(zhì)檢，共用時約23分鐘，確認全部影像合格可用，飛行作業(yè)圓滿完成。  3.2 飛行姿態(tài) 統(tǒng)計飛行姿態(tài)角，得到 表 3 飛行姿態(tài)統(tǒng)計 姿態(tài)角 Roll(°)Pitch(°) Yaw(°) 均值* 2.236 3.204 1.017** 中誤差 3.093 3.855 3.403注 *：為避免角度方向性帶來的偏差，統(tǒng)計均值的時候按照角度的值進行計算。 注**：Yaw角偏差為相對航線設(shè)計方向的差值。CH/Z 3005-2010《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》中指出，像片傾角一般不大于5°，Zui大不超過12°，出現(xiàn)超過8°的片數(shù)不多于總數(shù)的10%；像片旋角一般不大于15°，在確保像片航向和旁向重疊度滿足要求的前提下，個別Zui大旋角不超過30°，在同一條航線上旋角超過20°像片數(shù)不應(yīng)超過3片，超過15°旋角的像片數(shù)不得超過分區(qū)像片總數(shù)的10%?？梢?，飛馬智能航測系統(tǒng)F200飛行姿態(tài)符合規(guī)范要求。4 數(shù)據(jù)處理流程 數(shù)據(jù)在無人機管家2.0中進行處理，處理流程如下。 ▲圖 3 無人機管家2.0界面  4.1 數(shù)據(jù)準備 飛行完畢之后，獲取到的數(shù)據(jù)如下： 原始影像：jpg格式； 機載POS：txt格式；機載GPS：rt27格式； 基站數(shù)據(jù)：RINEX格式基站記錄數(shù)據(jù)（采樣間隔不低于1Hz），斜高，天線模型參數(shù)，已知點坐標(biāo)。  4.2 飛行質(zhì)檢 在質(zhì)檢圖模塊中，按如下步驟進行： 4.2.1 創(chuàng)建工程點擊新建工程后，填入必要的信息。     4.2.2 加載影像 點擊指定影像所在目錄。    4.2.3 參數(shù)設(shè)置 (1) 設(shè)置相機參數(shù) F200飛機箱內(nèi)有紙質(zhì)版相機檢校報告，也可通過技術(shù)支持獲取電子版的相機參數(shù)文件。(2) 導(dǎo)入POS 點擊圖標(biāo)，通過文件導(dǎo)入POS (3) 輸入測區(qū)高度如果已經(jīng)知道測區(qū)高度，可以在輸入框內(nèi)直接輸入。如果不知道測區(qū)高度，并且輸入POS是經(jīng)緯度的，可以通過“獲取高程”自動獲取。(4) 設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng) 如果是投影坐標(biāo)，需設(shè)置為 如果是經(jīng)緯度，需要按照投影信息設(shè)置。設(shè)置結(jié)束后，檢查信息，確認無誤后點擊完成即可。 4.2.4 質(zhì)檢計算 解算完之后，綠色的腳印代表解算正常，紅色的代表解算失敗。▲圖 4 測區(qū)影像腳印圖 通過上述質(zhì)檢報告，可見測區(qū)拼圖不存在漏，重疊度正常。   4.3差分GPS數(shù)據(jù)解算注意：本功能必須使用飛馬無人機鑰匙方可啟用。默認狀態(tài)下，F(xiàn)200鑰匙直接支持軟件啟動，F(xiàn)1000鑰匙不支持軟件啟動。如需使用，請聯(lián)系客服人員。4.3.1 移動站rt27數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 打開無人機管家智理圖模塊選擇“RT27轉(zhuǎn)RINEX”，輸入rt27文件路徑，設(shè)置輸出路徑，點擊確定即可。解算完之后，輸出結(jié)果為：***.16n（星歷文件）和***.16o（觀測值文件）。  4.3.2 差分解算 此處，基站架設(shè)點經(jīng)緯度高的坐標(biāo)系統(tǒng)必須為WGS84。其中垂高指天線相位中心到地面的高度，解算完之后輸出***_pos.txt文件。此處差分GPS解算后輸出的高精度POS，不包含地面試拍的影像。  4.4 高精度成圖處理 4.4.1 創(chuàng)建工程由于作業(yè)現(xiàn)場快速質(zhì)檢通常采用的機載POS，GPS定位精度有限，為提高空三處理精度，這里需要導(dǎo)入差分解算后的GPS。處理步驟如下在智拼圖工具中打開質(zhì)檢后的工程，在頂部下拉菜單中選擇“編輯”，在影像信息設(shè)置界面中選擇，將定位數(shù)據(jù)替換為差分處理后的高精度POS，其他參數(shù)可沿用原先設(shè)置。    4.4.2 影像匹配及初始解算 設(shè)置要輸出的成果分辨率和路徑，點擊“拼圖”，彈出如下界面：  4.4.3 參數(shù)設(shè)置 (1) 特征提取與匹配如果勾選，將進行特征提取與匹配；若不勾選，則不進行。備注：匹配過一次之后，如果對匹配結(jié)果滿意，后續(xù)計算可以不再勾選以節(jié)省時間。(2) 空三參數(shù)算法選擇（快拼：以提高速度為目的，精度略差，適用于一鍵拼圖；高精度：以提高成果精度為目的，速度慢，適用于帶控制點解算和拼圖）?？杖馑阍O(shè)置（自檢校：解算過程中，自動優(yōu)化相機模型，并且會將解算后的新相機模型更新到當(dāng)前工程中；使用控制點：如果有控制點量測值，勾選，將進行帶控制點平差）(3) 輸出成果圖 如果勾選，將進行單張正射糾正，鑲嵌出圖等，不勾選則只進行平差計算。確認參數(shù)無誤后點擊“確定”，開始執(zhí)行空三運算。   4.4.4 控制點量測 初始解算完成后，點擊，彈出如下界面點擊，導(dǎo)入控制點文件，目前支持的控制點文件格式：第一列為點編號，第二列為X坐標(biāo)(單位：米)，第三列為Y坐標(biāo)(單位：米)，第四列為Z坐標(biāo)(單位：米)  界面說明： 激活：是否量測該點 ID：當(dāng)前控制點編號 度：在多少張影像上刺了該控制點預(yù)測：根據(jù)當(dāng)前EO和控制點坐標(biāo)，預(yù)測出的當(dāng)前控制點可能會在多少張影像上 控制點類型：XYZ，平高點檢查點：如果勾選，當(dāng)前點為檢查點，不參與平差，不勾選則為控制點如要對控制點進行量測，先點擊激活處對應(yīng)的單選按鈕，視口會切換到右邊的多視量測窗口對于每一個視口，鼠標(biāo)左鍵單擊為刺點，滾動鼠標(biāo)中鍵為放大縮小（以鼠標(biāo)當(dāng)前位置為中心）；按下鼠標(biāo)中鍵為平移。：目前多視窗口同時顯示9張影像，當(dāng)控制點所在影像數(shù)超過9張時，需要點擊該按鈕切換到其他影像。通過上述方式，將所需控制點刺完之后，如上圖，其中： 紅色表示沒有刺像點的控制點； 黃色表示刺了像點的控制點；藍色表示刺了像點的檢查點。 4.4.5 帶控制點解算和成果圖輸出 控制點測量完畢后，再次點擊“拼圖”，進行帶控制點的空三計算?？杖馑阃戤呏螅ㄟ^空三報告查看質(zhì)量，若符合精度要求則空三解算結(jié)束；若精度不符合要求，重復(fù)上述步驟。   4.5數(shù)據(jù)導(dǎo)出測圖 4.5.1 輸出Inpho工程 通過上述“inpho”按鈕導(dǎo)出inpho工程，導(dǎo)出工程中的相機文件是對應(yīng)當(dāng)前相機模型的無畸變影像，其像主點為0，因此后期導(dǎo)入測圖，還需要輸出無畸變影像。導(dǎo)出的Inpho工程中相機模型如下：將空三計算輸出目錄中的xpf文件與上述文件拷貝到一個目錄中，且需要將xpf文件名改為上述prj文件的名稱，如上述四個文件一組構(gòu)成完整的inpho工程。可在inpho軟件中直接進行平差計算，也可直接導(dǎo)入到測圖軟件中進行立體測圖。  4.5.2 輸出無畸變影像 打開智理圖模塊，點擊智理圖下拉菜單，打開當(dāng)前解算工程 設(shè)定輸出路徑后，選擇“確定”，開始執(zhí)行。  4.5.3 導(dǎo)出至測圖軟件以航天遠景軟件為例，打開無人機管家輸出的Inpho工程文件，設(shè)置正確的影像路徑和參數(shù)，可進行后續(xù)測圖工作。   5 精度驗證空三后計算得到控制點精度如下   X(m) Y(m) Z(m) 中誤差 0.062 0.06 0.114生成DTM后，將DTM模型上提取的點與檢查點進行對比，得到 統(tǒng)計高程誤差，有 dZZui小(m) dZZui大(m) dZ平均值(m)dZ中誤差(m) 0.0001 0.1174 0.0490 0.0328 可見結(jié)果滿足GB/T 23236-2009 《數(shù)字攝影測量空中三角測量規(guī)范》規(guī)定的1：500空三精度。 表 4 基本定向點殘差、檢查點誤差Zui大限值    6 立體測圖成果展示 ▲圖 5 測區(qū)DOM疊加DLG顯示圖 ▲圖 6 測區(qū)DLG7 附屬成果展示  7.1 無人機管家快拼DOM ▲圖 7 測區(qū)DOM7.2自動匹配點云及DTM數(shù)據(jù) ▲圖 8 自動匹配點云及DTM數(shù)據(jù) 7.3 原始影像局部放大圖▲圖 9 原始影像及局部放大圖 7.4 DOM成果套合DLG數(shù)據(jù)▲圖 10 DOM成果套合DLG數(shù)據(jù) 7.5相機檢校報告  ▲圖 11 相機檢校報告