基于無人機航測生產數字線劃圖研究

賈路 賈英

（1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南建筑職業技術學院，河南 鄭州 450064）

基于無人機航測生產數字線劃圖研究

賈路1賈英2

（1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450008；2.河南建筑職業技術學院，河南 鄭州 450064）

本文首先介紹無人機航測的一般流程及內業數據處理的幾個關鍵點，根據實際作業情況，提出運用正射影像直接提取地理信息數據與立體測繪相結合生產數字線劃圖的方法。

無人機；航測；數字線劃圖；立體測繪

傳統航空攝影測量系統以大、中型飛機為飛行載體，需利用專業的飛機起降場地和高昂的航攝儀，主要用于國家級以及大范圍基礎測繪方面。對天氣要求高，成本也相對高昂，且周期長、機動性差，因而在生產實踐及一般工程應用中，傳統航空攝影測量顯得有些“笨拙”，很難快速、低成本地實現對高分辨率影像數據的獲取。小型低空無人機航攝技術的發展正好彌補了傳統航攝技術的不足，隨著技術不斷發展，無人機航空攝影測量系統不管是在飛機的飛行穩定性、相機的影像獲取，還是在數據的后處理等方面，都有了飛速提升，高時效性、高分辨率和低成本作為無人機航測的三大優勢在各個領域中也越來越突顯［1，2］。

1 無人機航測的一般操作流程

資料收集：收集航飛區域內的圖件與影像資料，地形地貌、氣候條件及控制點或參數等信息。

技術設計：為了避免無人機撞山或因能源不足造成事故，應根據測區內海拔高差信息設計無人機的飛行高度，根據測區范圍情況合理地布設像控點及飛行架次。

設備器材選取：選擇滿足航飛要求的設備器材，檢查設備器材的完整性及性能指標是否正常。

實地踏勘：了解測區內地形、地貌、交通狀況、城鎮分布情況及人口密集情況等信息；選擇合適的起飛地點及應急降落區域；結合技術設計實地布設像控點。

飛行檢查與操控：①飛行前檢查，地面站設備是否正常、飛行任務是否正確、飛行平臺系統是否顯示正常、飛機組裝是否穩固正常等；②飛行中監控，起飛是否正常、飛行過程中各飛行參數是否正常、降落地點是否正常等；③飛行后檢查，飛行平臺系統是否正常工作、機載設備是否正常、存儲設備中POS信息及相片信息是否完整，是否符合生產要求。

內業數據處理及成果整理：根據外業航飛獲取的影像資料進行數據處理，可采用專業的航測軟件進行空三加密處理后初步生成數字正攝影象（DOM）、數字地面模型（DTM）、數字高程模型（DEM）等信息。

2 無人機航測數據處理

2.1 空三加密

利用野外采集的具有一定旁向重疊度及航向重疊度的相片，根據其幾何特性及控制點的坐標來進行空三加密。根據實際的航帶選擇合適的區域網平差模型和平差方法，通過計算得到加密點的平面信息和高程信息。

2.2 生成點云數據

采用合適的密集匹配算法，對空三之后的無人機影像數據進行密集匹配，并對匹配之后的影像進行鑲嵌和勻光處理，最終生成密集點云數據。

2.3 生成DEM

利用空三成果，建立立體模型及其對應的參數文件，在此基礎上生成核線影像。依據密集點數據并通過引入特征點、特征線和特征面等數據生成三角網，進行高程內插處理，按照區域生成大范圍區域的DEM。

2.4 生成DOM

利用生成的DEM模型，通過反解算法數據微分糾正，采用雙線性內插或三次卷積內插法分區對測區內的影像進行重采樣，通過自動生成的鑲嵌線對整個測區的模型正攝影像進行無縫拼接。航攝過程中出現的相片色差，會導致生成的正攝影像色彩不一致、亮度不均勻，需要選取幾個有代表性的圖幅，對影像圖進行勻色，分析效果，調整出一幅符合整個測區顏色信息的標準樣圖。根據標準樣圖，對測區正攝影像進行全自動色彩調整和平衡處理，確保最終DOM的整體色彩均勻一致、色調正常、影像紋理清晰。

3 生產數字線劃圖

無人機航測生產數字線劃圖的生成，主要是基于航測后處理軟件生成的DOM、DTM等數據信息來采集地物、地貌、高程等地理信息數據，目前運用航測手段采集地理信息數據的方法主要有兩種：一是通過正攝影像直接采集，二是通過立體測繪的形式采集。

3.1 直接采集

通過正攝影像直接采集的方式主要是利用了數字正攝影像TIF文件本身帶有正確的坐標信息和與實際相符的正確的比例因子，具體思路是將TIF影像文件導入CASS制作底圖，通過對影像底圖的判別，再運用常規的做圖習慣來采集數據。由于CASS普及廣泛，所以此種方法對作業人員來說簡單易學、上手快，采集數據速率高；缺點是對個別地物、地貌的判別不準確，容易產生錯誤地理信息，如陡坎、管線設施、井等地理信息數據。

3.2 立體測繪

立體測繪就是對物體表面進行全面測繪，能直觀地觀察到地物、地貌的實際情況，猶如身臨其境，本文以Ste?reoCAD為例來加以說明。

StereoCAD是APS攝影測量軟件的三大擴展模塊之一，是一款為智能現代化無人機立體視覺圖像的應用而設計的軟件，具有活躍的立體感知能力，同時還有高級CAD命令，可以同CAD數據相互轉換。數據采集前可在StereoCAD中定義添加幾個圖層用于存儲不同的地理數據信息，再定義幾個快捷鍵命令來用于對信息的快速提取，最后即可配戴上立體眼鏡對地理信息數據進行采集。

針對正攝影像直接數據采集的方法與立體測繪數據采集的方法出現的問題，可以將兩者結合以彌補各自的不足。正攝影像直接數據采集的方法可以用于對房屋、道路、地類界等易于判別的地理數據信息的采集；對于不易判別的地理數據，如管線設施、陡坎、個別坑塘的高程信息等，可以用立體測繪的方法來采集。只需將線要素或點要素采集出來，再通過與CASS數據的互交換，在CASS中將其符號化，從而完成數字線劃圖。

4 實例測試

4.1 外業采集

本測區南北長約5km，東西長約3km，地勢平坦、交通便利，外業采用膩子粉撒十字線或噴漆噴涂相結合的方法制作像控點地標，運用網絡RTK采集像控點坐標，根據測區大小布設像控點42個。

相片數據的獲取采用飛馬F1000無人機，測控半徑10km，續航時間約1h，相機采用索尼α5100數碼相機，有效相素2430萬。根據測區狀況，采用無人機管家布設航線，航高350m，地面分辨率6.8cm，整個測區共飛行3個架次。

4.2 數據處理

內業航片數據采用Pix4D軟件進行空三處理，生成正射影像、DOM及點云數據等，采用分幅后的正射影像圖作為底圖，對地理空間數據的平面信息進行直接采集，如道路、房屋、地類界等信息。陡坎、線桿等信息在正射影像上辨別不準的情況下，可采用立體測繪的方法進行數據采集。主要采用APS軟件的StereoCAD模塊生成立體測繪數據，佩戴立體眼鏡對在正射影像上無法辨別的地物、地貌進行信息采集。

5 結語

經過測試，采用正射影像直接采集與立體測繪相結合的方法，不僅滿足了生產的需要，還大大提高了生產效率，減少了生產成本。但在實際的生產運用中也會有一些不足，如由于地表有遮擋或雜草過多等情況會出現高程信息不準確的問題，管線設施的類型判斷不準確，建筑物過高生成的DOM有變形、扭曲，不利于精確提取地理數據信息等，還需要現場補測、調繪來暫時解決這些問題。隨著航空攝影測量后處理軟件、航測相機、機載雷達等無人機航測系統軟、硬件不斷發展，數據采集技術及設備不斷完善，無人機航測系統將會為測繪行業乃至其他行業提供更加精確、清晰的數據信息。

［1］畢凱，李英成，丁曉波，等.輕小型無人機航攝技術現狀及發展趨勢［J］.測繪通報，2015（3）：27-31.

［2］胡小峰，王建華.無人機攝影測量技術在數字化地形測量的應用［J］.城市建設理論研究，2015（8）：25-33.

Discussion on Aerial Digital Production Line Drawing Based on UAV

Jia Lu1Jia Ying2
（1.Henan Water Engineering Surveying Limited Company，Zhengzhou Henan 450008；2.Henan Technical College of Construction，Zhengzhou Henan 450064）

This paper introduced the general process of aerial surveying based on the unmanned aerialvehicle(UAV) and a few key points of data processing in office.According to the actual operation situation,proposed a method that produced DLG by extracting geographic information data by DOM and the stereo mapping.

unmanned aerial vehicle；aerial surveying；DLG；stereomapping

P231

A

1003-5168（2017）08-0014-02

2017-07-03

賈路（1987-），男，碩士，助理工程師，研究方向：攝影測量與遙感。