無人機航測系統在地質測繪中的應用研究

（廣西壯族自治區桂林水文工程地質勘察院，廣西 桂林 541002）

帶狀地形圖的成圖方法有很多，現階段常用的測圖方法有全野外數字測圖和航攝數字化測圖。全野外數字化測圖在野外用全站儀、RTK等按照測圖范圍采集數據，這種測圖方法測量需要投入大量人力、物力，并且在地形破碎、地勢險要的地區難以測量。傳統航空測量發展較成熟，應用范圍十分廣泛，但該技術對自然條件和機場條件的依賴性大，成本較高，從而限制了傳統數字攝影測量技術在帶狀地形測量中的應用。

近年來，低空無人機（UAV，Unmanned Aerial Vehicle）技術得到了飛速發展，基于無人機平臺的航空攝影技術顯現出很強的優勢。無人機低空航測技術具有使用成本低、結構簡單、操作方便和轉場容易等顯著優勢，且適用于危險區域測繪和快速監測等應急測繪方面。采用無人機平臺獲取的影像具有清晰度高、分辨率高、比例尺大和現勢性強等優點。無人機低空航測技術成為近年來航拍影像、地質測繪圖獲取的重要技術途徑。本文以無人機攝影測量系統在地質圖測繪中的應用為例，來展現無人機航測過程中的技術特點。人駕駛飛行器、GPS定位導航、攝影傳感器。無人機優點是成本比較小、高機動性、專業化、小型等。而無人機在進行飛行過程中需要由一些輔助設施，主要包含：操作系統、地面站、遠程通信裝置、無人機飛行平臺、信息處理系統等。整個系統特點有飛行準備時間較短、方便操作、作業靈活、容易獲取信息、得到精度較高影像。

1 無人機航測系統簡介

無人機航測系統是由很多設備組成的,它主要包含:無

2 地質圖測量工作特點

地質測量主要指的是測繪地形圖的作業過程，可概括為對地球表面的地物、地形在水平面上投影的位置和高程進行測量，并按照一定的比例進行縮小，用注記繪制的地形圖工作。

采用無人機航空攝影測量，測區具體位于東經110°35′36″～110°40′44″，北緯25°20′48″～25°36′26″。整條線路屬丘陵地形測區,海拔為217～285m。

測區內交通一般。整條線路地形復雜，隱蔽地形和一般地形都有分布，地物較多。部分地區樹林密集，地物雜亂無章，沿線道路交通良好，通視情況一般。

本項目如果使用全站儀、RTK等方式測量存在較大困難。

測區范圍內地質狀況復雜，河兩岸灌木林較多，這些因素給測量人員施測帶來較大困難。再結合該項目工期較短的情況，且該項目地形圖主要用于設計線路用，決定采用無人機航拍方式來實施本項目。

3 無人機航測技術在地質測繪中的工作流程

隨著科學技術不斷發展，地質測量技術也在不斷的更新，傳統的測量方式已經不適合所有地區的地質測量，而無人機航測技術的出現，不但解決了復雜地形區域的測量困難，而且為測量工作人員帶來極大便利條件，無人機航測生產技術流程由接受任務開始，經測區踏勘、技術參數設計、像控點布設與測量、航攝實施、內業空三加密、內業數據采集、資料整理五大階段，可分為14個步驟如圖1所示。

圖1 無人機航測技術的作業流程

表1 無人機技術參數

表2 航拍技術參數

4 控制點測量

本次項目采用先測設像控點再實施航空攝影?？刂泣c由業主提供的1980西安坐標系成果。該成果覆蓋了整個測區，可作為本項目像片控制測量的起算和檢核數據。本測區像控點的布設采用全野外布點法，像控點布設在航向及旁向重疊范圍內，使布設的像控點盡量公用。如不能滿足公用要求時，則采取分別布點的方法，保證不產生漏洞。測區像控點測量直接利用廣西省連續運行基準站系統(GXCORS)進行。網絡RTK的平面精度優于2cm，結合高精度似大地水準面成果，高程精度優于3cm，已廣泛應用于勘察、測繪、規劃和土地管理等多個行業。該方法不僅使得像片控制點的測量精度較高，還大大提高了測量作業效率。預先把像控點的位置導入手機奧維互動底圖，該應用軟件使用谷歌衛星圖，能快速精確定位到設計像控點點位，且依據實際路線來合理規劃測設像控點的路線，提高效率。為檢查像控點測量精度，隨機抽取19個像控點進行檢測，通過對比計算得出像控點的平面中誤差為±0.025m，高程中誤差為±0.035m，滿足設計及規范的要求。根據航跡線設計像控點分布，一共設置75個像控點，同時在地面上進行凃繪100cm十字形標志,圖2為航拍的像控點。

圖2 無人機地質測繪圖

5 數據處理與結果分析

5.1 影像質量檢查

無人機航攝作業結束后，作業人員首先依據飛行獲得的POS和影像數據對飛行和影像質量進行檢查。飛行質量檢查主要包括影像重疊度、像片傾角和旋角、航線彎曲度和航高變化,以及拍攝區邊界覆蓋是否足夠，即航拍范圍是否滿足任務要求。影像質量檢查主要包括以下幾個方面：影像的清晰度、層次、反差、色調，判斷能否辨認出與地面分辨率相適應的細小地物，并能建立精確的立體模型，還有影像是否存在陰影、大面積反光、污點等明顯缺陷，是否影響立體模型的建立和連接，再者考慮無人機地速的影響，計算在曝光瞬間造成的像點位移是否滿足規范要求。以上檢查內容若不滿足內業規范和作業任務要求，則根據實際情況擬定重飛或局部區域補飛的飛行計劃。

5.2 空三加密與測圖

本項目內業采用PIX4D進行?？杖用軙r需要注意的是整個作業過程中確保相機參數、測區信息和控制點的大地坐標準確無誤，相對定向、絕對定向較差必須符合規范和設計的規定。并且，絕對定向后，平面位置與高程限差符合規范要求。內業矢量測圖在全數字攝影測量系統上進行立體數據采集，數據采集時使用統一的符號庫和線型庫。數據按照內業定位、外業定性的原則進行采集，地貌按照立體模型進行采集。數據采集完成后就要對數據的完整性、正確性進行仔細檢查，確保無缺失、無移位。最后使用南方CASS軟件將矢量地形圖轉換為設計方需要的格式地形圖。外業調繪采用影像調繪和線劃圖調繪兩種作業方法，調繪的影像數據采用自空三自動匹配點粗糾正成數字正射影像圖(DOM)，并分塊按照1∶1000比例尺打?。痪€劃圖調繪采用采集成果數據回放圖進行，作為外業調繪的底圖。外業調繪過程中首先要注意新增地物、地貌要素及地類界、范圍線，對有樹木遮擋的地物外業采用幾何法、交會法和截距法等以明顯地物點為起始點進行補量；再者，對分布在測區內的各級公路的名稱、等級、寬度、路面類型和道路構造物如橋涵等均按實地位置進行調繪。

5.3 結果與精度分析

圖3 隨機抽取地質圖

本項目共飛行3個架次，實際測繪長度40km。涉及1：1000圖幅102幅。為檢查成果的可靠性，在測區隨機抽取10幅成圖采集了90個明顯的地物點、110個地形點進行精度統計，如圖3所示：結果證明，根據1：1000地形圖精度要求，該項目抽檢的10幅數字線劃地圖（DLG）平地部分的平面位置中誤差和高程中誤差完全滿足設計要求。

6 結語

本文結合實際工程介紹了無人機航測系統在地形復雜區域測量中的應用情況，并通過抽樣證明了無人機低空攝影測量技術可滿足了1:1000帶狀地形圖的要求。無人機低空航測系統具有機動靈活、高效快速、精細準確等優勢，將越來越多應用于人工測量困難的區域中，為地質圖繪制提供了可靠的數字資料。

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