智能測繪無人機1：1000地形圖測繪的實踐研究

徐奎

【摘 要】基于衛(wèi)星遙感及傳統(tǒng)航空遙感的地形測繪具有一定的局限性，為了滿足大比例尺1：1000的測繪需求，提升測繪精度和質(zhì)量，提倡使用智能測繪無人機來實現(xiàn)自動化、智能化的測繪作業(yè)。論文探討了智能無人機測繪的重要性及價值，并在明確無人機測繪的工作流程的前提下，分別針對平原及山區(qū)丘陵地區(qū)的無人機1：1000地形圖測繪進行了實踐研究。

【Abstract】 As satellite remote sensing and traditional aerial remote sensing mapping all have certain limitations， in order to meet the demand of surveying and mapping of 1：1000 large scale， to enhance the accuracy and quality， we advocate the use of intelligent mapping UAV to achieve the automation and intelligence of surveying and mapping work. This paper discusses the importance and value of smart UAV mapping， and on the premise of UAV mapping workflow， respectively do the practice research of surveying and mapping of 1：1000 topomap by UAV in plain and hilly area.

【關(guān)鍵詞】智能測繪無人機；1：1000地形圖測繪；航空攝影

【Keywords】intelligent surveying and mapping UAV； surveying and mapping of 1：1000 topomap； aerial photography

【中圖分類號】P231 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0172-02

1 引言

隨著測繪需求效率的提升及覆蓋面的拓展，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)手段投入到地形測繪實踐中。傳統(tǒng)的地形測繪以人力為主要依托，測繪周期長，成本高，對基于地形測繪的地理研究、城市規(guī)劃等工作的實現(xiàn)帶來了一定的難度。現(xiàn)階段智能測繪無人機的實踐運用，有效改善了這一問題。

2 智能無人機測繪的重要性及價值

為了滿足多空間、多地理條件下的地圖測繪工作，相繼投入了衛(wèi)星遙感、大飛機遙感等航空智能測繪技術(shù)。例如衛(wèi)星遙感是以人造衛(wèi)星為遙感平臺，通過遠距離感測地球物體輻射、反射等光譜效應，經(jīng)過信息校正、變換、分解等光學處理技術(shù)形成數(shù)字化圖形[1]。但是受空間和布點的限制，靈活性較低。智能無人機測繪技術(shù)的投入有效彌補了這一缺陷。以最少的人力支出，針對大飛機遙感無法深入的空間進行地圖測繪。在智能無人機中集成了數(shù)碼照相技術(shù)、無線數(shù)字通訊技術(shù)以及智能自動化控制技術(shù)的現(xiàn)代信息化技術(shù)，在促進技術(shù)自我適應、可持續(xù)發(fā)展的同時，促進了現(xiàn)代化測繪工作的完善和發(fā)展，能夠?qū)y繪成果的質(zhì)量進行良好提高。由于智能無人機地形圖測繪具有重要意義，所以我們就要對智能無人機的設計和實際測繪進行良好分析，從而保證智能無人機的良好應用能夠滿足實際的測繪要求。

3 智能無人機測繪的基本工作流程

智能測繪無人機與傳統(tǒng)大飛機遙感測繪同樣使用航空攝影技術(shù)來進行測繪工作。因此智能無人機測繪的基本工作流程與傳統(tǒng)遙感攝影測繪保持一致。在進行測繪工作前，需要針對測繪地區(qū)進行基本的踏查和資料收集，確定作業(yè)區(qū)域，從而為設定無人機的測量范圍等參數(shù)提供基礎依據(jù)，避免因為外部作業(yè)條件問題，影響測繪成果質(zhì)量。要求做好完善的智能無人機測繪航痕圖設計[2]，指導無人機完成后續(xù)航空攝影流程，接下來按照外業(yè)像控點布設、測量→空三加密與檢核→航測內(nèi)業(yè)描圖→地形圖編輯和檢查的步驟執(zhí)行測繪作業(yè)。在此工作中，地圖測繪的外業(yè)作業(yè)主要通過智能無人機按照1：1000的大比例作業(yè)要求自動化完成，并將采集的數(shù)據(jù)通過內(nèi)業(yè)作業(yè)人員結(jié)合現(xiàn)代化計算機數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行核查和驗證。

4 智能測繪無人機1：1000地形圖測繪的實證分析

4.1 智能測繪無人機1：1000地形圖測繪的核心技術(shù)優(yōu)化

智能無人機的應用雖然免除了傳統(tǒng)測繪作業(yè)條件下的缺點，但是其航空攝影過程中，仍然伴有影像重疊度高、像幅小等缺點，制約智能測繪無人機在大比例地圖測繪中的應用，因此為了解決這一問題，需要進行兩方面的準備。一是外業(yè)作業(yè)時，像控點的布設依據(jù)待測區(qū)的地類劃分等權(quán)區(qū)域，并根據(jù)區(qū)域大小布設7±2個目標點進行像點采集。借助MAP-AT軟件的DEM的自生匹配功能，實現(xiàn)影響的自動化拼接。并結(jié)合地貌、地形等地學參數(shù)，根據(jù)等權(quán)區(qū)域圈定符合條件的像控點的目標點，截取點位附近的放大圖打印以便進行選刺、聯(lián)測[3]。二是通過map matrix最優(yōu)版本實現(xiàn)無縫自動切換模型，從而達到立體測繪的目標要求。在對這兩方面內(nèi)容進行調(diào)整后，能夠有效提升無人機的測繪效果。

4.2 測區(qū)概況

為了充分研究智能測繪無人機在1：1000大比例地形圖測繪的實踐效果，本文分別選擇平原地區(qū)及山區(qū)丘陵地帶作為實測區(qū)域進行操作。根據(jù)測繪需求，對測繪地區(qū)進行測前踏查，其基本情況如下：①平原測區(qū)，位于長江中下游，屬于亞熱帶季風氣候，雨量豐沛，年均日照1700小時以上，含堆積平原及灘涂平原兩種地貌，塘漾棋布，平均海拔4～7m。測區(qū)內(nèi)含多條國道、省道、鐵路以及河流越境，屬于干支相連、水陸聯(lián)動的運輸網(wǎng)構(gòu)造結(jié)構(gòu)。②山區(qū)丘陵測區(qū)，地處暖溫帶干旱氣候區(qū)，季節(jié)分明，日照豐盈，年均日照量近2500小時。測區(qū)外部環(huán)有山地，中部區(qū)域以丘陵為主，地勢由東向西部發(fā)生傾斜，是農(nóng)業(yè)發(fā)展聚集區(qū)，境內(nèi)平均海拔500米，最高海拔為900米，以國道、縣道、鄉(xiāng)間公路等為主要路網(wǎng)。endprint

4.3 無人機選型及比例尺確定

根據(jù)無人機測繪的功能需求，主要考量航空攝影相機及位移補償條件進行選型。因此在本試驗中選擇大地鷹D—Ⅲ型測繪無人機進行試驗。無人機搭載的航空攝影數(shù)碼相機為配有16mm定焦鏡頭的索尼卡片機，像素可達1400萬，單位像素尺為5.1μm。結(jié)合《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z 3005-2010）中對1∶1000比例尺地形圖測繪的要求以及瞬間相機位移產(chǎn)生成像噪點的固定[4]，要求航拍影像的分辨率在10cm±2cm之間，且非成像噪點高于2/3像素尺寸。那么要想完成全自動無漏洞航空攝影，在80km/h的航拍速度下，其曝光瞬間相機位移產(chǎn)生的成像噪點不應大于40mm。那么只要保持快門速度不大于1/600秒的情況下，就可以滿足地形圖測繪需求。

4.4 智能測繪無人機實際作業(yè)流程

采取真彩色成像方式，根據(jù)無人機測繪的基本工作流程，基于事前踏查結(jié)果，分別對兩測區(qū)設定具體的航痕圖，其中測區(qū)①由南向北共設置4條長度為1.5km的航線，總測航里程為6.9km，測區(qū)②按照由南向北的方式設置4條長度不等的航線，總測航里程為16.3km。兩地形圖測繪區(qū)分別獲得133張及230張航拍圖片。按照航痕圖完成航空攝影后，按照外業(yè)像控點布設、測量→空三加密與檢核→航測內(nèi)業(yè)描圖→地形圖編輯和檢查的步驟執(zhí)行測繪作業(yè)。根據(jù)測區(qū)①②的地類等級劃分等權(quán)區(qū)域，平原地區(qū)的等權(quán)區(qū)域劃分難度遠低于山區(qū)丘陵地區(qū)，且可在少量像控點的情況下達到地形圖測繪目標，平原地區(qū)共選取像控點14個，山區(qū)丘陵地區(qū)共選取像控點25個。所有的像控點均采用高性能全站儀根據(jù)測量規(guī)范進行測量。另外，為了檢測后期的成圖精度及空三加密作業(yè)，為每幅地形圖測繪設置了15～20個不等的檢測點，采用GPS實時動態(tài)定位技術(shù)來完成。根據(jù)內(nèi)頁描圖需要及相關(guān)作業(yè)規(guī)范，本試驗采用match-AT空三軟件來進行自由網(wǎng)的構(gòu)建，并使用PATM軟件來對區(qū)域網(wǎng)的平差進行優(yōu)化處置，根據(jù)實測的影像分布情況空三區(qū)域為加密區(qū)域網(wǎng)，并以自動和手動相結(jié)合的方式，完成整個加密作業(yè)，達到1：1000的大比例尺數(shù)據(jù)采集標準。為了實現(xiàn)立體繪圖，將加密結(jié)束后的數(shù)據(jù)導入Map Matrix軟件進行多源數(shù)據(jù)處理，完成描圖。對完成的描圖，分別針對測區(qū)的工作量、檢查數(shù)量、比例，點位平面精度，地物間距精度，點位高程精度（點/邊數(shù)、粗差率、中誤差）進行核查和校準。

5 結(jié)語

綜上所述，智能測繪無人機能夠有效彌補衛(wèi)星遙感、傳統(tǒng)大飛機遙感測繪靈活度低的缺陷，并能夠在搭載高像素數(shù)碼相機條件下，滿足大比例尺1：1000的多地形條件下的智能地圖測繪。本文所選用的機型在保持低于1/600秒的快門速率下，可以獲得穩(wěn)定的測繪地形圖，且在match-AT以及Map Matrix的軟件配合下，實現(xiàn)高精度，低人工強度的測繪工作，在應急測繪、國土資源監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛的應用意義。

【參考文獻】

【1】王鵬. 淺析無人機1：1000地形圖測繪中的應用及實踐[J]. 華北國土資源，2013（06）：83-85.

【2】郭偉. 無人機航空測量在1：1000地形圖的應用[J]. 工程技術(shù)（全文版）， 2016（7）：00273-00274.

【3】呂立蕾. 無人機航攝技術(shù)在大比例尺地形圖測繪中的應用研究[J]. 測繪與空間地理信息， 2016， 39（2）：116-118.

【4】劉靜. 無人機低空遙感測繪大中比例尺數(shù)字化圖的實踐與探索[J]. 科學與財富， 2017（20）：36-38.endprint