飞马智能航测遥感系统F300在粤桂合作特别试验区正射影像生产中的应用

前言
粤桂合作特别试验区正射影像生产项目，是国家区域发展战略项目的基础支撑项目，具有时间紧任务重，项目区域地势起伏多变，无人机起降难度大，像控测量任务艰巨等困点、难点问题。
飞马智能航测遥感系统f300凭借其免像控成图能力；手抛起飞，伞降回收的起降能力；灵活机动，快拆快装操作能力，在搭载经检校的全画幅正射影像相机后，帮助广西壮族自治区地理国情监测院圆满完成了本项目。
一、项目背景
粤桂合作特别试验区是国家区域发展战略珠江-西江经济带的重要组成部分，由粤桂两省区共建，是中国唯一的横跨东西部省际流域合作试验区。试验区将打破行政区划壁垒，探索“一体化、同城化、特区化”开发的全新模式，为国家在更大范围、更高水平、更深层次的区域合作提供“粤桂方案”。
为贯彻落实广西壮族自治区测绘地理信息局与梧州市人民政府签订的地理空间信息战略合作协议，2018年1月4日，应粤桂合作特别试验区（广西）管理委员会要求，广西壮族自治区地理国情监测院启动“粤桂合作特别试验区”1:1000dom生产任务，利用飞马智能航测遥感系统f300为试验区管理委员会提供数字正摄影像图，帮助其解决征地赔偿取证、建设进度把握、土地利用管理等难题，助力试验区经济腾飞。
二、项目情况介绍
1、测区自然地理状况
粤桂合作特别试验区以肇庆市和梧州市两市交界为中轴，肇庆市封开县城西北、梧州市白云山以东、沿西江两岸布局，双方各划50平方公里，作为粤桂合作特别试验区的建设区域，其中两市交界处西江南岸的10平方公里作为启动区已经开始建设。
粤桂合作特别试验区位于中国南方的西江上接滇、黔、桂等资源富集区，下连经济发达的珠三角和港澳地区，而广东与广西的交界地区则是经济欠发达的粤西和桂东地区。梧州和肇庆交界地区既是西部地区接受东部地区经济辐射的前沿阵地，同时也是珠三角地区资金、技术、产业直接向西部转移、打开大西南和东盟市场的重要通道节点，具有开展东西部互利合作的良好基础。
2、工作范围
测区分别位于（1）广西壮族自治区梧州市粤桂合作特别试验区（广西）江北、江南片区约73平方公里（按实际发生航摄区面积计算），地理位置大致在：北纬：23.427496°-23.520237°，东经：111.307640°-111.449261°范围内。
图1 粤桂合作特别试验区（广西）江北、江南片区航摄范围
（2）梧州市粤桂合作特别试验区（广西）社学片区34平方公里（按实际发生航摄区面积计算），地理位置大致在：北纬：23.331065°-23.423086°，东经范围内111.278286°-111.364803°范围内。
图2 粤桂合作特别试验区社学片区航摄范围
3、工作内容
（1）完成粤桂合作特别试验区（广西）江北、江南片区约73平方公里1:1000无人机航摄及正射影像生产工作。
（2）完成粤桂合作特别试验区（广西）社学片区约34平方公里1:1000无人机航摄及正射影像生产工作。
三、项目难点分析
1、政治任务，必须按时完成
本项目既助力试验区经济腾飞的基础项目，也是贯彻落实广西壮族自治区测绘地理信息局与梧州市人民政府签订的地理空间信息战略合作协议，开展双方合作的破冰之旅，必须按期保质保量完成的政治任务。
项目总工期为1个月，但项目区域靠近梧州长洲岛机场，仅能在每周六休航期开展作业，有效作业时间十分紧张。
2、气候多变，降雨频繁
1月份，项目区域降雨频繁，气候变化多样，为航摄作业增加了难度，缩短了有效作业时间。
3、山地地貌，作业困难
任务区域属于山区，地形起伏多变，落差大，为保证成果精度，需布设更多像控点，而在山区进行像控测量的难度也极大，这增加了像控测量的工作量。同时，山地地区对无人机起降的要求也更高。
四、设备选型
1、必要素质
鉴于项目基本情况以及难点分析，拟采用的无人机设备需具备以下必要素质。
ø 免像控成图能力。
ø 手抛起飞，伞降回收。
ø 灵活机动，快拆快装。
ø 搭载检校后的全画幅正射影像相机。
ø 支持三维地形航线设计。
2、拟定设备
鉴于以上设备必备素质要求，拟采用飞马智能航测遥感系统f300。
（1）整体介绍
f300是飞马着力推出的第三代全自动任务模式的业级智能航测无人机系统，主打“高精度测图”。f300配备50hz高精度gnss板卡，支持ppk、rtk以及ppk和rtk融合作业模式，标配全画幅相机正射模块，配合无人机管家专业版，可在无控制点情况下实现1:500的测图精度；f300任务载荷采用模块化设计，可为客户提供多源化的数据获取方案，具备三维建模等数据获取能力。
（2）1、飞行平台参数
材质：epo+碳纤复合材料
翼展：1.8m
机长：1.07m
标准起飞重量：3.75kg（航测系统）
最大起飞重量：3.85kg（倾斜系统）
巡航速度：60km/h
最大续航时间：1.5h
最大可手抛起飞海拔高度：4500m
升限：6000m（海拔高度）
飞行真高：150—1500m
测控半径：10km
起降方式：手抛起飞/自动滑降、伞降
载荷：多载荷可互换（航测模块/倾斜模块/可见光视频模块/热红外视频模块/热红外照相模块/p40倾斜模块）
（3）航测正射模块
相机型号：sony dsc-rx1r ii
传感器尺寸：全画幅（35.9*24mm）
有效像素：4200万（7952*5304）
镜头参数：35mm定焦
飞行高度：150m-1500m
作业效率表如下：
表1作业效率表
备注：按照一天飞行4个架次，单架次航程60千米计算
五、技术路线
图5 技术路线图
六、技术设计
1、引用的技术标准
（1） ch-z3005-2010 低空数字航空摄影规范
（2） ch_z3003-2010 低空数字航空摄影测量内业规范
（3） ch_z3003-2010 低空数字航空摄影测量内业规范
（4） gb/t20257.1-2007《1:500、1:1000、1:2000地形图图式》
（5） gb/t20257.2-2006《国家基本比例尺地图图式1:5000、1:10000地形图图式》
（6） gb/t18314-2009《全球定位系统（gps）测量规范》
（7） ch/t2009-2010《全球定位系统实时动态测量（rtk）技术规范》
（8） gb/t13923-2006《基础地理信息要素分类与代码》
（9） gb/t24356-2009《测绘成果质量检查与验收》
（10） ch/t1001-2005《测绘技术总结编写规定》
（11） ch/t1004-2005《测绘技术设计规定》
（12） gb/13989-92《国家基本比例尺地形图分幅和编号》
2、数学基础
（1）平面坐标系
采用2000国家大地坐标系，高斯—克吕格投影，111°中央经线，3°分带。
（2）高程基准
采用1985国家高程基准。
3、摄区划分
以任务范围为参照，划分6个任务区域，每个区域参考f300无人机系统作业能力划分架次飞行，保证摄区接边出无空洞，任务范围有外扩。
其中：
粤桂合作特别试验区-1航摄3个架次；
粤桂合作特别试验区-2航摄4个架次；
粤桂合作特别试验区-3航摄4个架次；
粤桂合作特别试验区-4航摄2个架次；
粤桂合作特别试验区-5航摄2个架次；
粤桂合作特别试验区-6航摄6个架次；
共计21个架次，架次命名规则为航摄日期+任务区号+架次号（如2018年1月11日航拍第1区域第1架次，原始航摄数据命名为2018.01.11-01-01）。
图6 任务分区图-1
图7 任务分区图-2
4、主要技术指标
（1）地面分辨率
影像地面分辨率为优于0.1m。
（2）像片重叠度
像片重叠度航向应不低于65％，旁向不低于35％
（3）航高保持度
同一航线上相邻像片的航高高差不应大于20m；最大航高与最小航高之差不应大于30m。航摄分区内实际航高与设计航高不应大于50m。
（4）摄区覆盖范围保证
旁向覆盖范围超出摄区边界一般不少于像幅的50％。
航向覆盖范围超出摄区边界不少于一条基线。
5、成果基本内容
（1）原始航片；
（2）机载原始pos数据；
（3）地面基准站原始观测数据、解算数据；
（4）无人机机载差分gps原始观测数据、无人机机载高精度pos解算数据；
（5）相机参数文件；
（6）检测点点位坐标、点位照片；
七、项目实施
1、项目要求
表2 项目需求表
2、无人机航摄情况
无人机航摄作业6个分区，共计26个架次，有效航摄21个架次，有效飞行面积105平方千米。
3、点测量情况
实地测量25个点，其中检查点25个，无像控点。检查点均匀分布在6个航摄区域，平均每个区域5个检查点（航摄区域接边处共用检查点）。
图14 检查点实测图
4、正射影像生产
利用飞马无人机管家拼图模块，生产真正射影像图共计105平方千米。
八、成果精度检核
1、精度指标
依据ch/t 9008.3-2010 《基础地理信息系统1：500、1：1000、1：2000数字正射影像图》标准，数字正射影像图明显地物点的平面位置中误差不应大于下表的规定，平面位置中误差的两倍为其最大误差。
单位为毫米（图上）
数字正射影像图应与相邻影像图接边，接边误差不应大于2个像元。
2、检查任务
在1:1000成果影像图上，对外业25个实地检测点进行精度检测，其中一个点由于点位模糊弃用，实际检测24个点。
3、软硬件投入情况
软件投入：arcmap一套；microsoft office一套。
硬件投入：台式机一台。
4、工作方式
通过影像点与外业实地检测点之间的位置差别，计算出残差、中误差，求定检测点的精度。
5、检查结果
6、结论
经检测，1:1000粤桂特别特别试验区数字正射影像图整体平均中误差0.194米，检测点最大中误差0.551米，符合1:1000数字正射影像图精度要求。
九、项目总结
1、优势总结
飞马智能航测遥感系统f300在粤桂合作特别试验区正射影像生产中的应用，优势在于解决无像控1:1000数字正摄影像成图的问题，以及解决了山地无人机起降困难的问题。
2、技术创新性
飞马智能航测遥感系统f300最大的技术创新在与真正做到了无像控成图。
目前，搭载高精度差分gps的无人机数据采集平台，大部分仅仅做到了稀少像控，而且在航摄区域过大，需要的分区采集的时候往往出现精度不稳定的现象。
而飞马f300无人机系统配备50hz高精度gnss板卡，支持ppk、rtk以及ppk和rtk融合作业模式，标配全画幅相机正射模块，配合无人机管家专业版，可在无控制点情况下实现1:500的测图精度，为用户提供了一体化ppk/rtk高精度解决方案。
使得本项目在105平方千米的正射影像生产任务中，没有布设任何像控点，通过24个有效检查点的实际测量与检核完全符合项目成果精度要求。
3、解决痛点问题
（1）无像控成图，减少了像控布设与测量，降低了外业劳动强度，提高了生产效率，缩短了项目生产时间。按照1：1000dom生产要求，105平方千米传统方式进行像控点布设，预计至少布设80个像控点，20个检查点，预计投入28个工天·人。而本项目，仅布测25多个检查点，共花费4个工天·人，这样大大降低了外业的劳动强度，缩短了工期。
（2）无像控成图，满足精度要求。按规范要求，山地1:1000dom中误差要求为图上0.8毫米，实地80厘米。而本项目整体平均中误差0.194米，检测点最大中误差0.551米，符合1:1000数字正射影像图精度要求。
（3）手抛起飞，伞降回收。提高了无人机航摄作业的地形适用性，降低无人机起降的风险。本项目划分6个航摄区域，起降地点8个，共计飞行26个架次。飞马f300无人机系统凭借其凭借其灵活机动、快拆快装、安全可靠的优势，保证了设备的快速转场，凭借其手抛起飞、伞降回收的特点，完美适应了不同场地的地形环境，保证本项目顺利开展，圆满完成。
4、创新性应用
数字正摄影像图（dom）作为基础测绘地理信息成果，已经应用于测绘地理信息行业的方方面，同时在林业、农业、应急管理、规划等方面也得到了广泛应用。本项目是国家区域发展战略项目的基础支撑项目，创新性的为试验区管理委员会解决征地赔偿取证、建设进度把握、土地利用管理等难题，助力试验区经济腾飞。