无人机UASMaster系统在高速公路土地定界中的应用

刘 丹，曹千红，张硕阳

(湖北省国土资源研究院，湖北 武汉 430000)

土地勘测定界是实地确定土地使用界线范围，测定界桩位置，调绘土地利用现状，计算用地面积，为国土资源行政主管部门用地审批和地籍管理等提供科学、准确的基础资料而进行的技术服务性工作。

传统的土地勘测定界主要通过人工实地测量，由于测区一般比较复杂，有些区域人工难以到达，现场测量困难，外业工作量大。随着3S技术的发展，利用无人机平台进行航空摄影测量，具有机动灵活、影像获取快速、成本低、分辨率高等优点，弥补了人工实测的不足。

1 无人机系统组成及其应用

无人机航摄系统是以无人机为飞行平台，利用高分辨率相机获取影像数据，通过飞行控制和GPS实现自主导航获取影像数据。其主要组成包括：无人机航摄平台、高分辨率相机、飞控系统、数据接收及处理系统等。其主要功能为进行低空、小范围、实时快速的航空摄影，以获取高分辨率影像。

2 无人机遥感在土地勘测定界中的应用

2.1 项目区概况

大悟县位于湖北省东北部，西北接河南省信阳市辖区平桥区，北邻信阳市罗山县，东北接信阳市光山县，东邻信阳市新县，面积1 978.9 km2。全县溪涧、河流交错穿插，地形较为复杂。最高点为五岳山，海拔865 m，最低点为芳畈镇的赵家河，河口镇南的两河口，海拔40 m。

本次研究的项目为高速公路土地勘测定界项目，项目区东至大悟县河口镇，西至大悟县芳畈镇，途经刘集镇、夏店镇，全长约39 km，道路最宽处约90 m，面积约3500亩。项目区多为丘陵地形，植被较为茂密，测区落差大致为40 m，无人机起降场地均集中在项目区中间半径为60 m的平地上。

2.2 外业像控点的布设

由于该项目区为丘陵地形，项目区灌木层生，很多区域无法找到明显的地面控制点，但为了提高成果的精度质量，采取先布点后航测的作业方式。

2.2.1 布点方式

根据航摄比例尺及成果精度的要求，摄影基线长为102 m，按8条基线布点即每隔800 m布设一个像控点。像控点的布设采用区域网周边角点布点的方法进行布设，而且区域内最高点和最低点均分别布点。具体布点情况如图1所示。

图1 项目区布点方案

2.2.2 选点的原则

像控点的选取位置会影响后期空三加密解算的精度，进而影响成果质量，因此，像控点一般选取在影像上能够明显辨别的地方。如平顶房角、围墙的内外拐角、水池角、地块角、直径小于0.2 m的点状地物中心等。为了便于内业像控点的加密，在外业测量时需画好像控点的点位草图，并使用数码相机距离(1～3 m)进行现场拍摄照片，记录像控点的刺点位置。

当项目区无明显的地物点时，需进行人工地面布标，经过反复试验决定采用腻子粉做成的一个对角的三角形(1 m×1 m，如图2所示)进行布标。

图2 用腻子粉人工地面布标

2.2.3 像控点的测量

像控点测量采用HB-CORS连续运行卫星测量，通过静态直接解算出七参数直接采用RTK快速观测测量出像控点网格坐标。

2.3 内业数据处理

2.3.1 UASMaster简介

UASMaster摄影测量系统是美国Trimble公司的航空摄影测量与遥感处理软件，其可以全面系统地处理航测遥感、激光、雷达等数据，并且几乎可以处理从固定翼飞机到直升机，甚至于测量气球和其他类型的无人机数据。

2.3.2 工作流程简介

无人机航摄单架次可获取500张左右影像，数据量超3 GB，除了需要专业的摄影测量工作站硬件支持外，还需要针对其影像特点、相机参数、飞行姿态数据及相关几何模型，通过空三加密软件，对无人机影像进行图像的几何纠正配准和镶嵌匀色，实现影像的快速拼接，最后生成正射影像图。该项目内业数据处理软件主要采用天宝无人机处理软件Trimble Business Center(UASmaster8.1)进行空三加密；采用武汉航天远景相机(Mapmatrix)进行去畸变参数检校；采用武汉航天远景DLG采集软件(Mapmatrix Featureone)采集DLG矢量图，使用武汉航天远景易拼图(EPT)匀光匀色并生产真正射。具体处理流程如图3所示。

图3 内业数据处理流程图

2.3.3 利用Mapmatrix去除影像畸变

由于使用的是非量测专用相机，无人机必须使用相关软件去除影像畸变并且让像主点归零，以免使用未去畸变影像而影响测图精度，如图4所示。

图4 Mapmatrix去畸变工具

2.3.4 使用UASMaster8.1进行空三加密

使用第三方软件提前将机载POS信息的原始经纬度转换为1980西安坐标，可以方便在UASmaster新建航飞工程。

由于在建立UAS工程时均使用去畸变影像，因此,在UAS相机参数的设置上只填写传感器大小、焦距和像元大小，其他改正参数均不使用。

在UAS Measurement中首先点击Acquire Tie Point(提取连接点)，软件会自动提取连接点，并计算连接点残差，通过手工编辑连接点删除残差明显超限的连接点，在连接点数目不足的情况下也可以通过手工加入连接点来提高整体精度。然后通过Measure GCPS进行刺点，最后在点状态上将点选为控制点或检查点。HV为水平和垂直控制点，CHV为水平和垂直检查点，如图5所示。

图5 测量控制点

刺点完毕后点击Adjustment Default进行平差，并可以查看精度报告，此报告仅为参考。真正的精度应使用立体查看，如图6所示。

图6 UASMaster报告

有时为了获得更多的有效数据，可以通过提取点云来分析地表模型，点云会通过显示不同的颜色来区分和分类，如建筑点云、地表点云或植被点云，如图7所示。

生成正射影像后可以使用Image Analysis直接无缝对接到易康中进行图像分析，如监督分类。

最后将工程导出成Z/I(鹰图)工程格式，为测图操作做准备。

图7 UASMaster真彩色点云

2.3.5 使用Mapmatrix制作DLG、DEM和精度验证

将Z/I工程导入Mapmatrix并创建立体像对。通过导入的控制点在实时核线中量测控制点来判断真实精度及航飞质量。

3 成果应用

图8为项目区影像局部截图，从影像图上可以清晰地看到已开挖的边沟，项目区内的地形、地类能够很直观地反映出来，在室内就可以对地形地类进行预判。

图8 DOM局部截图

图9为项目区地形图局部截图，从地形图上可以提取拐点坐标，量取地块面积，计算施工区土石方量等。

图9 DLG局部截图