无人机航测用于红卫农场1:1000高标准农田DLG数据生产实践

沈培培

摘要：当前数字农业技术，无人农场技术，信息化技术蓬勃发展，廣泛的应用在农业生产中，其中农田数据的数字化是一项基础工作。我们需要对原有地块进行改造，建设高标准农田，同时获取高标准农田的DLG数据，对农田地图的测绘，能够有效掌握农业成产区域内的地理信息。近年来我国的无人机技术发展迅速，在社会的方方面面得到了广泛的应用。由此出现了无人机航空摄影测量技术，具有成本低、操作简单、影响因素小等优势，具有较好的发展前景。本文主要对无人机航空摄影测量技术在红卫农场1：1000高标准农田DLG数据的生产进行分析应用。

关键词：无人机;航空摄影测量;高标准农田;DLG;应用

无人机航空摄影测量技术，是利用固定式或者多旋翼等无人机搭载航空摄影设备进行低空航测的新型技术手段，具有响应迅速、机动性高、使用便捷、受空域管制和天气的影响较低，能够适应不同测区能力，是卫星遥感和飞机航空摄影的有力补充[1]。随着无人机技术的快速发展及民用化程度的不断提高，无人机在高精度飞控技术的基础上，融合包含高精度定位技术、地理信息技术、遥感技术在内3S技术，同时运用信息技术，精准图传技术等，能够完成高精度的测量，在投入使用过程中受到一致认可，同时也促进了社会的进步和发展。

1.任务区概述

本次任务区域位于黑龙江农垦建三江管局红卫农场场部西侧1.5km无人农场示范区，占地面积约3200亩，测区为红卫农场的无人农场示范区，主体包括水田、田埂、大棚区、道路等。测区位于建三江平原水稻种植区，地势平坦，无高达建筑物，地表以路边林带、道路和农作物为主。测区所处位置如下图1中红框所示：

2.软硬件介绍

2.1航测无人机系统

本次航测使用大疆公司推出的一款小型多旋翼高精度航测无人机精灵 Phantom 4 RTK无人机进行航测作业，飞机内置高精度定位模块，可通过网络差分技术实现厘米级定位，无人机支持航线自主规划，适用于低空摄影测量。无人机内部搭载载高感光度相机，该相机最高像素为2 000 万，像幅：5 472×3 648，像素大小：2.4 um，显示设备：平板电脑，飞行控制APP：DJI GO 4和Pix4Dcapture。

2.2（二）影像处理软件

常用于影像处理软件包括 Infho、PhotoScan、Pix4D 等。本次作业选取 PIX4DMapper ，该款软件是目前最流行的一款软件，这款软件可以通过计算机图像识别原理来进行空三加密，软件操作简单，人工干预少，还可以输出 DOM 正射影像，DSM 数字表面模型等。

2.3（三）测图软件

本次作业使用ArcGIS9.2作为测图软件。

3.航测作业和数据处理

3.1航测作业

（1）像控点布设及测量

按照测区位置的实际情况，同时按照1：1000比例尺地形图绘制的要求，并遵循下述像控点的布设原则进行航测像控点的布设：

像控点的布设的选择对象应该具备特征明显、外形尖锐的特征，内业人员进行分析处理的时候可以提高其准确度

像控点的大小不低于70厘米，同时需要在记录时说明像控点相对于标记物的位置

像控点在选择的时候应该尽量避免其他遮挡物如房子、树木的遮挡

像控点做标记的时候应该选用不易被损坏的方式进行，比如油漆等

像控点的标志物应该与周边环境的对比度要高，方便快速识别标记物

设置好像控点并拍摄多角度标志物照片

根据以上原则，测区内地物类型简单，且道路规则，所以将像控点布置在两条近似垂直交叉的道路上，使用白色油性喷漆在印象明晰的地物点上进行喷绘。

测量方式采用 GNSS RTK 测量模式，测量时使用对中杆附带高精度RTK接收机，确保对烘干气泡居中定，确认好所测像控点方位以及对应点号，并进行记录。像控点测量结果以下表格1所示：

（2）航线规划

使用航线规划软件 Pix4Dcapture进行航线规划设置。根据此次飞行任务的要求，航线规划要针对任务性质和任务面积，综合考虑天气和地形等因素，规划如何实现任务要求的技术指标，实现基于安全飞行条件下的任务范围最大覆盖[2]。在红卫农场高标准农田作业区，面积3200亩，经规划航线可以在一次飞行任务中覆盖整个区域，同时也保证了在飞行的过程中像控点不会遗漏。

（3）航摄作业

完成作业规划，需要设置此次的飞行参数，此次飞行作业需满足数字正射影像的采集要求，因此设置飞行高度200米，设置航向重叠度80%，设置旁向重叠度为65%。

具体飞行过程如下：

起飞：通过软件将飞行计划下发给作业无人机，无人机从起飞点起飞，上升至作业高度。

航线飞行：无人机到达作业起点位置和高度后，按照规划的航线进行飞行，按照规划的航向重叠度和旁向重叠度进行航片的拍摄作业。

回收：无人机完成航测作业后返回起始点。

航摄质量检查：现场飞机飞完规划路径作业后，将结果导出后对飞行的数据进行及时查验。检查此次任务中所拍摄的照片数量是否满足航线规划的要求;检查照片的拍摄效果，检查是否漏掉像控点，检查测区是否飞行完成。如果存在质量问题，要进行重飞或补飞，如果质量合格则外业航摄结束[3]。

3.2内业数据处理

整理飞行的航测数据，包括影像数据、POS数据、像控点坐标数据等，使用Pix4Dmapper进行数据处理，处理流程如下文所述：

（1）建立工程并导入数据。打开pix4dmapper选择项目—新建项目，项目建设完成后导入原始航片和POS数据;

（2）设置图像属性。

图像坐标系：设置POS数据坐标系，選择WGS-84坐标系

地理定位和方向：设置POS数据，从文件中选择POS数据

设置相机型号：设置相机文件，从相机库里选择符合的相机文件。

（3）加入控制点。

（4）进行图像处理操作，使用选全面高精度处理模式并进行自动处理。

运行完成后进行检查，检查区域内空三校正误差，相机参数优化的质量以及控制点的残差质。下图为根据测区航测数据进行分析处理后生成的DOM数据。

将DOM数据导入ArcGIS软件中进行地理配准和矢量化。

（1）将数据导入Arcgis，导入的时候对其进行投影的定义，使用Arcbox-数据管理工具-投影变化-定义投影，对导入的测区影像数据进行坐标投影，定义坐标系为GCS_WGS_1984。

（2）打开地理配准工具条，和准备好的控制点文本文件。

（3）使用地理配准工具对测区影像数据进行地理配准。找到影像中的拍摄到的5个控制点的标记，依次选择控制点，在右击弹出的输入框中奖对应控制点的经纬度数据导入。一共5个控制点，进行逐一导入，其中X对应纬度坐标，Y对应精度坐标。

（4）输入完成后使用地理配准工具进行校正操作，并将校正的结果导出为TIF格式，关闭原始的测区影像数据，并在ARCMap中打开校正过的影像。

（5）使用编辑工具条完成对影像的主要地物建筑物、田块、道路、水体等进行矢量化。

地形图要素的分类与代码主要是依据《1：500、1：1000、1：2000地形图要素分类与代码》（GB/T1804-93）的基本要求对其进行了分层处理和绘制。图式主要是采用《1：500、1：1000、1：2000地形图图式》（GB/T7929-1995）。

3.3精度分析

本项目全测区共3200亩，在测区内选取 10个具有明显特征的检核点，使用高精度定位北斗/GNSS接收机采集检核点的坐标，同时确保差分基准站与无人机航测采用的基准站处于同一个坐标系下，根据采集的坐标与影像上对应点的量测取坐标数据进行比对，进行精度评定。经过计算本次航测的平面精度点位 中 误 差 为 0.028，满 足《GB/T 7930- 2008 1 ：500 1：1000 1 ：2000 地形图航空摄影测量内业规范》的精度要求。

4.结论

此次在黑龙江农垦建三江管局红卫农场无人农场核心示范区，通过无人机航空摄影测量制作1：1000高标准农田DLG数据，数据精度达到规范要求，数据成果应用于该农场数字化无人农场建设中。无人机测量平台具有作业灵活，操作简单的优点，在测绘领域得到了广泛的应用，其中多旋翼无人机在小面积测图的应用中更具有优势。随着无人机技术的进步以及测量设备的进步，相信今后会得到更广泛的应用。

参考文献

[1]张建霞，王留召，蒋金豹.基于数字影像的低空摄影测量研究[J].测绘通报，2008（12）：29—31.

[2] 万刚.无人机测绘技术及应用[M].北京：测绘出版社.

[3]成李博，段平，李佳，姚永祥，李晨，王云川.基于无人机航摄影像的数字线划图生成方法[J].全球定位系统，2019，44（06）：86-91.

作者简介：出生年月：1989年9月、性别：男、籍贯：河南省南阳市镇平县、学历：本科、职称：无、单位：上海联适导航技术股份有限公司、单位邮编：201799、研究方向：高精度导航技术在农业方面的应用，包括农机自动驾驶、无人驾驶等

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