利用無人機航空像片進行大比例尺測圖的探討

摘要：無人機航空攝影因具有機動靈活、速度快、體積小、質量輕、成本低等特點，近幾年被廣泛的應用在大比例尺測圖當中。但也正是因為其特點，也使得攝像質量受飛行環境的影響較大。本文結合實際案例，闡述了無人機航攝的特點及應用范圍，探討分析了無人機航空像片進行1:2000比例尺地形圖測繪的作業流程和技術方法，并論證了其可行性。

關鍵詞：無人機航空像片大比例尺測圖

1 概述

無人機是利用無線電遙控設備和自備程序控制裝置操縱的不載人飛機。它的結構簡單，造價較低，可以完成有人駕駛飛機不宜執行的多種任務。無人機的飛行高度相對較低，在上面裝載上高精度數碼傳感器可以測得分辨率高的像片，再加上它具有機動快速、操作簡單、成本低等特點，因此逐漸被廣泛的應用在軍事、農業等各個領域當中。但是，由于無人機航空攝影是近些年才快速發展的一項技術，在實際中暴露了許多有待解決的技術問題。本文就結合某山區的實例，分析了無人機航空像片在進行1:2000比例尺測圖的作業流程以及關鍵技術，從而論證了其可行性。

2 無人機航攝的特點及應用定位

2.1 無人機航攝的特點

與傳統的航空攝影測量系統相比較，無人機攝影測量系統存在以下幾方面的優勢：①無人機機動靈活，不依賴于機場，操作簡單，方便使用，可以迅速到達檢測區，快速進行測量、成像，在較短的時間內測出檢測結果，比較適用于小面積區域的測繪。②低空飛行，通常是在云下飛行，裝載上傳感器能夠獲取大比例尺高精度影像。③維護和作業成本低，無人機不用安裝飛行人員駕駛設備、安全裝置、語言通信裝置等，同時由于無人機大多數利用數字成像技術，就不需要進行普通膠片的沖洗、掃描數字化、安裝膠卷等。④無人機可以獲得高疊度的影像，這就提高了后續處理的可靠性。

2.2 無人機航攝的應用定位

由于無人機具有以上特點，因此它的航空攝影通常會用在以下幾方面：①應急測繪，如受災地區的救援指揮；②困難地區測繪；③新農村、小城鎮的建設測繪；④重大工程建設測繪，如電力、鐵路、公路、鐵路、水利、油漆等重大工程建設。

3 無人機1:2000比例尺航測成圖試驗

3.1 測區概況

該地區位于中亞熱帶地區，東、西、北方向群山環抱，峰巒疊嶂，中南部較平坦。地勢由西北向東南傾斜，最高處海拔為2158m，最低處海拔為165m。最高點與最低點高差1993m，地勢的高差較大。在該地區無人機完成的主要內容是測繪處1：2000的大比例尺測圖。

3.2 航空攝影

在該測區中按東西方向共敷設航線30條，每條航線長度為6.8km，航攝里程約為110km，共拍攝了500多張航片。鏡頭焦距為28.384mm，共飛行了3個架次，相對航高設定為550m，地面實際分辨率小于8cm。

因為該測區在測繪時天氣狀況比較差，當完成兩個架次的飛行后，又進行了一個架次的補飛，最后所獲取的航空影像具有以下幾方面的問題：①由于地面霧霾嚴重，造成影響反差不明顯；②影像光線照度不夠，由于在測繪時為陰雨天氣，光線強度不高，影像曝光量不足；③云影比較多，當完成攝影后發現，影像中大概有15%被云遮擋住了，不能夠使用。因此后來又對云影攝像的航片進行了一次補飛。

3.3 航測外業

當完成航空的攝影后，后續作業就根據常規的航測作業流程進行項目生產。外業工作包括了以下兩方面：①像控點測量：根據高程航向的2條基線跨度及平面4條基線跨度進行布設和測量；②外業監測點測量：為了檢驗無人機航測內加密方案使用的數據和檢測成圖精度，將每幅圖的檢測點數量設為10-15個，利用全站儀進行實測。

3.4 航測內業

航測內業利用VituoZoAAT來實現空三自由網的建立，并通過PATB光束法區域網平差軟件來計算出區域網平差。該項目中將成圖區分成了兩個加密測區來實現平差，它的作業方法同常規航空攝影測量內業一樣。成圖比例尺為1:2000時加密精度如：業內加密點對附近野外控制點的平面位置中誤差為1.75m，里程中誤差為1.0m。加密完成后，將其導入進VituoZo3.7攝影測量系統中實現1:2000比例尺地形圖測繪，通過檢驗，存在以下幾方面的問題：一是飛行影像質量非常差，影像反差不明顯，地面霧霾嚴重，不能夠完全的反映出北部丘陵區平地與山結合處的細節方面。二是局部山區的高程出現錯誤，在測區東北角方向的幾個山頭部分高程相差了2m左右，不符合空三角加密進度要求。

4 利用無人機進行航空攝影測量的問題分析

4.1 天氣的選擇

利用固定翼無人機進行航空攝影時，最好選擇在天氣晴朗、能見度高的情況下來完成航空攝影，這樣才可以拍攝出色彩、地面信息豐富的像片，另外，如果天氣的能見度高，地面霧靄就相對較少，影像曝光時光線出現散射、折射的現象就會減小，這樣就可以使成圖的精度提高。在該項目中，由于受到工期的約束，不能夠選擇合適的天氣進行，在進行測繪時，測區南部平地區由于受地面風的影響，地面霧靄產生的影響較小，最后檢測出的精度相對較高，能夠準確的判別出地物，而在測區北部丘陵山地，這里的霧霾水汽相對就嚴重，受到的影響較大，在進行業內數據的采集和處理時，造成兩處高程出現錯誤，同時也造成在內頁立體識別采集中不能夠識別出山地根部的細節。

4.2 固定翼無人機航空攝影拍攝出的航空影像幅面相對較小，通過利用空三軟件來完成平差解算，在進行各個測區的處理時，都出現了不同程度的差錯，這就使得加密測區的選構非常重要，當前一般采用的是PATB平差軟件，對這種類型的小幅面數碼攝影的剔錯能力明顯小于23×23幅畫，這實現發生在高程方面。在該項目中，完成加密后，通過使用外業檢測數據在之后檢測加密結果，從而對測區的航線選構進行調整，實現試錯平差，對每一加密測區的航線數目進行調整。在測區南部平原地區，在進行外業采集時采集的檢測數據相對較多，在完成檢測和事后平差的調整后，該測區的評查結果符合精度要求，而測區北部山地沒有檢測數據，在測區第六~第八航線東部東部加密的評查結果出現了問題，導致大約1.5km2的成圖高度都低于實際高程的1.5~2m，最后又再次進行后期外業重新檢測高程，把該部分測區差分為單航線完成平差解算，使高程精度符合技術規范要求。

5 總結

總而言之，如今無人機航測技術已經成為一種有效的快速測繪手段，可以將其作為傳統航測應用的一個非常好的補充。無人機航空像片精度高，能夠滿足1:2000地形圖測繪的要求。

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