基于無人機低空航攝的大比例尺地形圖測繪研究

王永忠　王蘭英　孫濤

【摘要】隨著科學技術的不斷發展，無人機航攝測繪在大比例尺地形圖中的應用日益廣泛。本文主要從無人機航攝測繪技術的基本概述入手，深入研究基于無人機航攝系統的地形圖制作流程，力求通過研究分析，進一步提升我國測繪工程的測量精度，為相關行業提供理論借鑒和參考依據。

【關鍵詞】無人機低空航攝；大比例尺地圖；正射影像DOM

在傳統大比例測繪中，通常采用數字化全要素測繪方法，依托大量人工進行多源數據采集，即多使用靜態GNSS技術進行控制網布設，然后使用網絡RTK技術與全站儀聯合測繪，完善碎部數據測量。相對于無人機低空航攝來說，傳統的測量方式需逐點去獲取數據，工程測量的效率較低，在大范圍工程地形測量中往往受到一定制約，無人機航攝測繪的大比例尺地形圖的應用，恰能解決此類問題。

1、低空航攝系統的構成

無人機低空航攝系統（UAV），即由無人機硬件設備模塊、飛行控制模塊與低空航攝遙感模塊等構成，涉及數據實時通訊、GPS差分、多源影像數據獲取等現代數據采集系統。相對于傳統測繪而言，無人機航攝數據采集效率更高，由于無人機航攝方式多為低空飛行，對氣象因素要求較低、空域限制較少，數據采集的實時性好，同時由于具備視覺角度廣闊、測量精度高且成本價格低廉等優點，在公路市政、城市建設等大比例尺地形圖測繪領域有著較為廣泛的應用。

2、無人機航攝成圖的基本流程

無人機航攝系統在大比例尺地形圖制作的基本流程，可分為技術設計、外業測繪、空三加密、內外業調繪和資料整理五個過程。上述流程中，技術設計則包含方案、依據、進度和具體實施等過程，外業測繪主要包含像控制量和低空的航攝測量兩大部分，在完成業內的空三加密工作后，便進行業內的測量和外業的調繪工作，最后對地形圖進行成果質量檢驗與相關技術文件的編繪整理。由于無人機航攝在高程控制上，相對于平面精度控制較為困難，其高程測繪應滿足以下精度（表1）。

3、基于無人機低空航攝系統的大比例尺地形圖測繪應用

現有某區域擬開展規劃設計，缺少1：1000大比例尺地形圖，轄區面積約30平方千米，包括居民地、道路和農用地等多種地類。該工程的項目時間相對較緊，傳統全站儀或GNSS測繪難以滿足工期要求，故擬采用無人機低空航攝的方法開展地形圖測繪。

外業控制測量方面，包含低空航攝線路規劃和外業控制點的布點兩方面。在航線規劃上，基本是按東西方向敷設一些航線，并且將旁向重疊度設置為55%，航向重疊度設置為65%，選擇晴朗無風的天氣進行拍攝。控制點布點方面，每個區域要橫跨四個布設基點，盡量選擇在旁向的重疊線附近。整個區域的布設原則基本為邊緣密布，測區的內部均勻布置控制點，確保整個項目的平差和測繪精度。在像控點采集上，采用網絡RTK差分定位技術，求解布爾沙七參數轉換參數后進行像控點平面與高程數據測量，實際采集中獨立觀測兩次，平面的位置較差和高程誤差若不符合誤差標準規范時，應進行重新測量。

航攝系統的內業數據處理分析。在空三測量方面，無人機航攝系統在獲取航攝像片后，首先剔除不滿足航攝規范的明顯偏差影像，然后采用PhotoScan或Pix4D軟件，輸入RTK方式采集的像控點（x，Y，H）坐標，進行航攝數據定向與平差處理。在相對的定向時，要對連接點進行均勻分布，相對定向時，像素連接點要多于30個。在內業的數據處理方面，導入空三加密成果，按照內外方位元素與影像糾正，結合影像鑲嵌與色彩平衡，得到測區DOM正射影像。

大比例尺線劃地形圖制作與成果質量分析。基于正射影像DOM數據，按照地形圖式的要求，按照要素圖層分類，進行地物和地貌的采集以及地形圖的編輯，最終完成1：1000地形圖制作工作，然后采取抽樣實測檢核的方式對數據進行精度檢查和成果質量評價，檢查點要均勻的分布在整個測區之中，多選擇墻角、線桿和房屋角以及道路的交叉口等地物點，采用網絡RTK方式對所測區域進行精確坐標采集，然后求解與無人機航攝DOM采集的坐標差值，經實測對比分析，平面坐標約7cm、高程精度9cm，滿足1：1000地形圖航攝標準。

結語：

綜上所述，無人機低空航測成圖技術，擁有適用區域大、影像實時傳輸、高危地區探測、成本較低、速度快效率高、應用機動靈活等優點，被廣泛應用于地理國情普查、災害應急測繪等工程中，也為區域大比例尺地形數據更新提供了新的方式。由于是新技術，應用中也存在一些短板，如飛行器的續航能力問題、姿態穩定性問題、航攝相機性能問題、后期影像數據處理精度問題，這些都依賴各項設備性能不斷進步、應用技術的不斷探索來逐步解決，故加強無人機低空航攝大比例尺地形圖測繪的研究，具有重要的現實性意義。