轻型无人机在水利带状地形图中的应用

孙昌瑜

摘 要：本文通过大疆Phantom4 RTK无人机在水利工程中的应用，论证了其航测解算所得成果DOM、DEM的精度可以满足1∶1 000比例尺的DLG精度要求，为测绘外业工作节省了大量的时间。今后，无人机也必将在水利行业中得到广泛的应用。

关键词：无人机;数字正射影像;数字高程模型;精度验证分析

中图分类号：P231;U412.24文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）04-0011-03

Abstract： Through the application of the DJI Phantom4 RTK drone in hydraulic engineering， this paper demonstrated that the accuracy of the DOM and DEM results obtained from aerial survey solutions could meet the DLG accuracy requirement of 1∶1 000 scale， saving a lot of time for surveying and mapping field work. In the future， drones will also be widely used in the water conservancy industry.

Keywords： UAV;DOM;DEM;accuracy verification analysis

随着科技的快速发展，无人机因其体积较小、携带方便、操作简便且能快速获取各种信息等优点，已被广泛应用于各行各业。在水利行业中，通常利用无人机航摄获取DOM、DEM影像等信息，然后通过DOM、DEM制作满足工程精度要求的DLG。与使用GPS-RTK进行野外数据采集相比，无人机航测极大地缩短了外业工作时间，提高了工作效率，同时也节约了成本。

1 无人机系统的组成

无人机低空航摄系统是以无人机为飞行平台，利用高分辨率相机系统获取遥感影像，利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取，同时实现航迹规划和监控、信息数据压缩和自动传输、影像预处理等功能，是具有高智能化程度和较强作业能力的稳定可靠的低空遥感系统[1]。该系统主要由无人机飞行平台、遥感传感器系统、飞行控制系统、通信系统、数据后处理系统等组成。本文基于大疆Phantom4 RTK无人机在水利带状地形图中的应用，论证了其精度，为今后无人机在水利行业中的应用提供一定的借鉴。

2 工程实例

为了研究大疆Phantom4 RTK无人机在水利工程中的应用，本文以吉林省温德河防洪治理工程为例进行说明。该工程全长13 km，测图宽度为河道两侧各200 m，总面积为5.2 km2。测区内有多个村庄、工厂。植被以旱地、草地为主，含有少许林地。由于汛期降雨较多、温德河水流量较大，河水退后，河岸两边存有淤泥，采用GPS-RTK施测，难度较大，所以采用大疆Phantom4 RTK无人机航测成图。

2.1 技术路线

2.1.1 基本参数。地形图成图比例尺为1∶1 000，采用的平面系统为2000国家大地坐标系，中央子午线为126°，高程系统为1985国家高程基准。根据低空数字航空摄影规范要求，航摄分辨率设置为8 cm，航向重叠度设置为80%，旁向重疊度设置为70%，像片倾角≤5°，像片旋角≤15°，航线弯曲度≤3%。

2.1.2 航线及像控点的布设。该工程飞行区域为5.2 km2，利用大疆制图软件制定飞行计划。由于线路总长13 km，为保障无人机作业时信号良好，决定划分为4个飞行架次，共布设平高像控点22个，为保证相邻架次的影像精度，相邻架次接边处共用同名像控点进行数据处理[2-3]。

2.2 数据处理

采用Agisoft Photoscan软件进行航摄照片的处理，最终得到DOM、DEM，其数据处理流程如图1所示。

2.3 精度分析

为了验证DOM的精度，笔者在测区采用GPS-RTK实测了30个点的平面位置，其精度统计和较差如表1、图2所示。

由表1、图2可知，其误差范围普遍分布于0～0.25 m。平面位置中误差为[Ms=±ΔPi×ΔPiN=]±0.165 m[<]±0.6 m，满足《基础地理信息数字成果1∶500 1∶1 000 1∶2 000生产技术规程 第3部分：数字正射影像图》（CH/T 9020.3—2013）规定的1∶1000比例尺DOM中误差精度[4]。

为了验证DEM的精度，实测了40个点的高程，其精度统计和较差如表2、图3所示。

由表2、图3可知，其误差范围普遍分布于0～0.2 m，个别点的误差保持在0.3 m左右，这可能相控点的布置所致。高程中误差为[MH=±Δhi×ΔhiN=±0.15 m<±0.5 m]，满足《基础地理信息数字成果1∶500、1∶1 000、1∶2 000数字高程模型》（CH/T 9008.2—2010）规定的1∶1 000丘陵地的一级DEM模型精度[5]。

3 结论

结合大疆Phantom4 RTK无人机在水利工程中的应用，本文分析了其航测解算成果DOM、DEM的精度。通过实例论证可知，大疆Phantom4 RTK无人机通过布设少量相控点可以满足1∶1 000 DLG的精度要求，为外业节省了大量的时间。其价格低廉，体积较小，携带方便，对起降场地要求较低，必将在水利中得到广泛的应用。另外，大疆Phantom4 RTK无人机的航摄精度与像控点分布的关系在本文中没有进行过多阐述，这将是今后进一步的研究工作。

参考文献：

[1]杨润书，吴亚鹏，李加明，等.无人机航摄系统及应用前景[J].地矿测绘，2011（1）：8-9.

[2]孔振，刘召奇，高云军，等.消费级无人机在大比例测图中应用与精度评价[J].测绘工程，2012（12）：55-61.

[3]刘艺，季昊，杨震，等.无人机航测在大比例尺公路带状地形图测量中的试验及分析[J].测绘通报，2016（2）：105-107.

[4]国家测绘地理信息局.《基础地理信息数字成果1∶500 1∶1 000 1∶2 000生产技术规程 第3部分：数字正射影像图》（CH/T 9020.3—2013）[S].北京：测绘出版社，2014.

[5]国家测绘局.基础地理信息数字成果1∶500、 1∶1 000 、1∶2 000数字高程模型：CH/T 9008.2—2010[S].北京：测绘出版社，2010.