Trimble无人机UX5 HP在矿区测绘中的应用

王利锋，王 冰，杨令刚

(河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北 秦皇岛 066001)

天宝测绘解决方案专栏

Trimble无人机UX5 HP在矿区测绘中的应用

王利锋，王 冰，杨令刚

(河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北 秦皇岛 066001)

无人机航测技术的蓬勃发展给测绘行业带来了革命性的变化。无人机以其机动、快速、经济等优势，在面积较小的大比例尺地形测量任务(10～100 km2)中，可轻松获取测区的影像数据，既能减轻外业轻劳动强度，又能提高作业效率和成果精度。但对于某些作业人员无法到达的区域，或利用RTK无法采集到符合精度的像控点坐标的区域，布设采集像控点就成为航飞作业中的难点问题。UX5 HP是天宝公司在上一代无人机——UX5无人机的基础上，于2015年推出的无人机航测飞行系统，可以不布设像控点或布设极少量控制点就能圆满完成测区的飞行任务，从而将大量的野外工作转入内业，降低了外业作业难度。本文即利用UX5 HP无人机对某采矿沉陷区域进行低空地形测绘展开讨论。

1 UX5 HP介绍

UX5 HP配置性能强劲的Trimble GNSS接收机和高分辨率相机，并具有PPK(后处理差分)功能(如图1、表1所示)。可以在没有地面控制点的情况下，生产具有高精度的影像数据，减少了作业时间，简化了作业流程。其中操控系统Trimble Access设置可提前进入飞行模拟；可输入多个地图图层，设置飞行边界，在单次飞行中覆盖非连续的区域；可以设置不规则形状的飞行区域和不同的飞行高度；可以在飞行中设置多个起飞和降落点。所有采集数据导入到Trimble Business center进行后续处理。

图1 UX5 HP无人机及其操控系统和发射装置

参数名参数值参数名参数值类型固定翼通信和控制范围5km相机像素全画幅3600万相机镜头15mm/25mm/35mm飞行高度75～750m续航时间40min分辨率1～25cm巡航速度85km/h绝对水平精度(无地面控制点)2～5cm抗风能力7级正射影像1～2×GSD3D模型相对精度1～5×GSD

2 PPK作业原理

GPS PPK是一种基于载波相位测量的后处理差定位技术，能够在后处理情况下获得厘米级的平面和高程定位结果(如图2所示)。PPK作业模式利用同步观测的一台基准站接收机和至少一台流动接收机对卫星的载波相位进行观测；事后在计算机中利用GPS处理软件进行线性组合，形成虚拟的载波相位观测量值，确定接收机之间达到厘米级的相对位置；最后进行坐标转换得到流动站在地方坐标系中的坐标。采用PPK模式作业要注意高程方面需要以区域大地水准面模型为基础，并且高程精度受区域似大地水准面模型精度的限制。

图2 UX5 HP在PPK模式下飞行采集数据

3 应用实例

3.1 飞行概况

以阳泉矿区某采矿沉陷区低空无人机航空测量为例，测区地处山区，地势起伏较大，植被覆盖较多。航摄面积约为23.7 km2，设计南北方向航线为56条，相机镜头焦距15 mm，像元尺寸4.8 μm，飞行10架次，共拍摄有效像片为822张；设计地面分辨率为0.2 m，航高为500 m，航向重叠度为80%，旁向重叠度为80%；飞机起降场地选于紧靠航摄区域的无障碍平坦耕地。

3.2 数据采集

无人机飞行过程也是影像、飞行姿态数据、导航数据的采集过程。采用PPK技术，地面无需布设像控点，无人机航飞时仅需在地面已知点架设GPS基准站，将其设置为与无人机机载GPS同步采集数据。为了保证无人机航摄精度及通信正常，每架次飞行区域最远处与基准站间距离均小于5 km。

操控人员根据航摄任务需求设计好航线并上传至飞控系统， 飞控系统根据设计航线控制无人机飞行， 并按照机载相机传感器曝光速度，实时同步记录曝光时刻的 GPS 数据及飞行姿态数据。 航线飞行完成后将已采集的影像及实时飞行姿态数据等下载到地面监控计算机。作业流程如图3所示。

图3 无像控无人机作业流程

3.3 数据处理

后期数据处理软件采用TBC和摄影测量处理软件Inpho无人机处理系统 UASmaster。首先将基准站GPS接收机数据和所有飞行参数导入TBC，进行基线处理，获得飞机在飞行中曝光时刻的定位数据(如图4所示)；然后在UASmaster中，根据项目需求设置好相关参数，自动化处理后生成DSM/DEM、DOM和点云数据成果(如图5所示)。

图4 UX5 HP无人机系统后处理软件TBC进行基线处理

图5 UX5 HP无人机系统后处理软件UASmaster生成DEM和DOM

4 精度评价

作业人员在测区利用GPS RTK结合全站仪设备采集166个特征点并进行了检核。平面检核点的点位选取在较为明显易于判断的地点，如桥头、河堤角、平顶房的房角、无遮挡的院子的墙角等；高程检核点一般选在硬化道路街道中心道路交叉口、平坦的耕地内水井等独立地物。通过坐标比较可知，开阔平坦明显的地物点测量精度精度较好，而有密集居民地和植被覆盖地方的平高精度较差(见表2)，有待于下一步通过改变航高提高地面分辨率来改善测量精度。

此次航摄成果依据基础地理信息数字成果 《1∶500、1∶1000和1∶2000 数字线化图》规范及1∶500、1∶1000和1∶2000 平原地区数字线化图和数字正射影像平面精度(分别为0.3、 0.6和1.2 m)和高程精度(分别为0.2、0.2和0.5 m)要求，发现成果平面位置能够满足1∶2000地形图精度；高程在平坦地区、无遮挡地区精度较好，且能满足本次地形测图需求，而在森林覆盖、遮挡阴影区，以及高楼密集地带精度较差，需要以传统测量方法进行补测。

表2 检查点比对

5 结束语

使用天宝UX5 HP无人机，结合PPK作业技术，使得免像控点布设完成影像采集成为可能，解决了在困难地形布设像控点的难题，提高了野外作业率；同时也减少了由于人为因素布设像控点不均匀等影响精度的问题，保证了无人机飞行质量及后期数据处理的良好效果。尤其是在某些应急测绘作业中，该方法更是突出了其高度灵活机动的特点。但是，在森林覆盖、遮挡阴影区，以及高楼密集等地带高程精度较差，需要以传统测量的方法予以补正。

(本专栏由天宝测量部和本刊编辑部共同主办)