無人機航攝系統測繪大比例尺地形圖應用分析

楊忠濤

摘 要：無人機是在20世紀70年代所誕生的，早期主要是應用于軍事活動，后來其技術逐漸應用到了科研與民用領域。在測繪領域中引用無人機技術，并將無人機技術與航空攝影測量技術結合，加上非量測數碼相機的發展，成為了測繪領域發展的一個新方向。無人機航攝技術在測繪領域應用過程中具有簡便、靈活以及經濟等特點，因而這種技術逐漸受到了測繪領域的廣泛關注。該次主要針對無人機航攝系統在測繪大比例尺地形圖中的技術路線進行分析研究，同時針對無人機航攝系統的測繪成果進行評估分析。

關鍵詞：無人機 航攝系統 測繪

中圖分類號：P231.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0062-02

大比例尺地形圖的傳統測繪過程中，主要是采用靜態GLASS測量技術，先布設首級控制網，接著采用GLASS RTK與全站儀結合來進行碎部測量。傳統的測繪方法是測繪人員到達各個測繪點，逐點采集數據進行測繪，不僅進度緩慢，部分險峻的地形難度也很高。隨著科學技術的不斷發展，無人機航測是一種新型的低空遙感監測技術，具有靈活性強、精準度高、成本低以及操作簡便等優點，對于多云、多霧以及人力難以到達的地區，采用無人機航攝技術能夠更方便、準確地完成地形的繪制，因此，這種技術也逐漸成為了繪制大比例尺地形圖的重要技術之一[1]。該次主要對無人機航攝系統的測繪特點以及在大比例尺地形圖中的測繪方法進行分析，希望對我國的測繪工作有所幫助。

1 無人機航攝測繪的特點

1.1 像幅與基高比小

在傳統的航空攝影中一般都是采用23 cm×23 cm與18 cm×18 cm兩種規格的膠片，膠片的大小與像幅有直接聯系。無人機航攝系統中所使用的是非量測數碼相機，這種數碼相機的像幅大小通常僅為36 mm×24 mm，因此，在采用無人機進行航攝工作時，像幅與基高比都會變小。同時因為數碼相機所拍攝的像幅比較小，要拍攝完整體需要測繪的區域一般需要拍攝的量比較大，所以，在圖片處理過程中的工作量也會增大很多。

1.2 姿態不穩定

無人機在進行航攝作業的過程中，容易受到氣流的干擾，姿態不夠穩定。在傳統的航空攝影中一般是采用大型的飛機，大型飛機在飛行過程中不容易受氣流的影響。在相同的天氣狀況下，傳統航空攝影的姿態角一般在30 °以內，航向的重疊度一般能夠達到60%，并且旁向的重疊度也只是達到30%。在小型無人機進行航拍的過程中，姿態角一般能夠達到100 °甚至更大，為了保證航攝的質量與圖像的精準度，必須要航向的重疊度增加，一般航向的重疊度要達到70%～85%，而旁向的重疊度也要達到33%～55%[2]。

2 技術路線

2.1 航空攝影

采用無人機進行航空攝影的過程中，需要硬件設備、影響處理系統以及信息分析系統，其中硬件設備主要包括無人機飛行平臺、無人機的飛行控制裝置、地面監控系統、遙感任務設備、姿態采集系統以及任務設備穩定裝置等；影像處理系統主要包括DEM、DOM以及影像數據處理系統等；信息分析系統主要包括數據的提取分析、數據的管理與檢索等。在航拍時根據項目的相關要求以及成圖的比例尺來確定地面法分辨率，然后確定無人機的航高進行航攝作業。

2.2 像片控制

在無人機航攝測繪大比例尺地形圖的過程中，像片的控制是其中的重要步驟，一般像控點在航線上需要進行10～15條基線來布置，而旁向方面則安排2～4條基線進行布設。通過布設像控點便能夠控制成圖的范圍，避免出現漏洞。在布設像控點的過程中盡量安排在航向與旁向中有5～6張的重復像片內，布設結束后要繪制出相應的布點示意圖進行保存。在像片控制過程中，還需要進行像控點測量。像控點坐標的測量一般可以使用全站儀或者RTK等儀器來進行測繪，根據地形圖的測繪要求來控制像控點的精度。

2.3 圖像預處理

無人機在航攝過程中所使用的數碼相機像幅比較小，因此需要良好的圖像預處理技術才能夠保證測量的精確度。一般沒有經過處理的航攝影像畸變差都比較大，這些圖片很難在后續測量處理工作中應用。在對拍攝的影像進行空三加密前需要進行相應的預處理來調整影像的畸變差。一般情況下都是無人機平臺上的數碼相機鑒定報告，采用DP Grid系統來調整影像的畸變差，DP Grid系統內存有小像幅影像畸變差校正模塊，能夠快速調整無人機所拍攝的小像幅圖片畸變差[3]。

2.4 DEM與DOM制作

DEM的制作主要是根據預處理后的圖片對無人機航攝的原始影像進行重樣采集先生成核線影像，接著DP Grid系統會對三維離散點自動匹配而生成航攝區內的DSM，將DSM自動濾波之后就能夠生成DEM，剛生成的DEM會受到實際地形物以及人工操作的影響，實際的地形中包含了水體、樹木以及其他的陰影部分，因此還需要對DEM進一步人工編輯來提升DEM的精準度。

DOM會在DP Grid系統中自動生成，一般DP Grid系統會將得到的DEM數據進行處理，接著進行影像勻光與勻色處理、色調均衡處理、DOM鑲嵌處理以及DOM的糾正處理，最后系統會自動生成初步DOM。系統自動生成的DOM還需要經過人工的進一步編輯，比如DOM中的顏色需要根據實際情況進行調整，相關的線條也要經過相應的幾何處理，最后根據人工編輯處理后的DEM來糾正DOM，從而完成整個航攝區域的地形圖繪制。

3 實例分析

3.1 項目概況

該次測繪主要針對山西某煤礦區域完成1∶2 000的地形圖更新測量，并且需要完成生產礦區內1∶5 000的正射影像圖以及DEM，礦區的面積為20.981 4 km2，測繪的面積需要往外擴大200 m，因此測繪的總面積為25.668 km2，項目按照國家統一的測繪標準完成。

3.2 影像成果

通過對該地形采用無人機航攝系統的相關技術路線測繪后，將最終處理后的影像交由專業的技術人員進行評估。通過評估后的結果為，無人機航攝系統所處理后的正射影像非常的清晰，且層次鮮明、反差適中，影像的色彩鮮艷且均勻，與實際地形中的地物色差層次基本一致，滿足了地形圖測繪中影像的標準要求。

3.3 地形圖成果質量

在該次的無人機航攝過程中，主要是采用高程二次定向來完成航攝，這樣可以控制高程誤差、提升航測的精度。通過相應的技術人員對繪制的地形圖評估發現，地形圖中的高程點位與數量都符合標準，且表達也很準確，地形圖精度統計如表1所示，繪制地形圖的平面與高程精度全都符合1∶2 000的地形圖要求。

4 結語

隨著我國科學技術的不斷發展，在測繪領域中可以應用到越來越多的先進技術，比如衛星遙感技術、航空攝影技術、計算機數據處理技術以及各種影像處理技術等，這些先進的科學技術不斷在為測繪行業注入活力。通過該次的研究可以了解到，無人機航攝系統在大比例尺地形圖的繪制中有很大優勢，所得到的測繪成果也能夠滿足地形圖測繪的相關要求。但無人機航攝系統在測繪過程中也有一定的缺陷，比如：測繪區域內的地下管道、光纜等隱蔽設施，無人機在航攝時無法提供準確的數據。因此建議在大比例尺地形圖的繪制中，可以通過無人機測繪與傳統測繪相結合的方式來進一步提升地形圖的準確性。

參考文獻

[1] 焦旭.航空攝影測量在礦區1∶2 000地形圖測繪中的應用研究[J].河北工程大學學報：自然科學版，2015（3）：105-109.

[2] 賴國琛.低空無人機數字航空攝影在大比例尺數字化地形圖中的應用[J].科技風，2015（12）：71-72.

[3] 葉子偉.基于無人航攝制作小城鎮大比例尺DOM[J].地理空間信息，2015（5）：32-34.