無人機影像制作大比例尺地形圖探討

雷廣淵

廣州市城市規劃勘測設計研究院 廣東 廣州 510060

正文：

1 引言

近年來,無人機航測技術作為一項空間數據獲取的重要手段，越來越受到各界的關注，無人機可以快速獲取目標區域的影像信息，通過影像信息的提取相關信息,在土地利用調查、建筑違法監測以及繪制大比例尺地形圖有重要意義。低空無人機是高分辨率及高精度遙感影像獲取技術，它以無人機為飛行平臺，負載數碼相機以及機載的GPS、慣導系統、飛行控制系統等，可以實現無人機按設計航線自主飛行。該技術集成了遙感技術、計算機技術、定位差分技術與一體，可以快速獲取目標區域的影像信息和位置信息，高分辨

率影像能夠達到大比例尺地形圖精度要求。本文探討了利用無人機影像制作大比例尺地形圖的方法，提高生產效率，豐富測量成果。

2 無人機低空攝影測量

無人機遙感平臺分為空中部分和地面部分。其中空中部分包括遙感傳感器系統、空中自動控制系統、無人機;地面部分包括航線規劃系統、地面控制系統以及數據接收系統。空中部分的主要功能是規劃航線并上傳到飛機上的控制器,飛行中監控飛機狀態。地面部分主要功能為設計和規劃航線,無人機的實時控制與飛行姿態數據的實時接收。無人機則利用無線傳輸通道將飛行數據傳輸到地面的控制子系統，地面工作人員可以在地面監測無人機的飛行航線，在必要的情況下，可以根據接收的數據更改本次飛行的計劃，例如可以馬上進行部分地區的補拍，如遇緊急狀況或降落時，可自動切換成手控飛行。

圖1 無人機測量原理

3 無人機影像制作大比例尺地形圖

無人機通過前期準備、外業實施，獲得影像數據，通過外業的相片控制測量，可以將影像坐標系轉換到相應的輸出坐標系。為了能夠順利的進行矢量化，需要對無人機獲得的影像數據進行數據處理，經過空三加密、平差生成正射影像。無人機的數據處理及地形測圖流程如下：

圖2 無人機作業流程

獲取了無人機的正射影像，影像已經是國家標準的坐標系統或者是地方坐標系統，為了更好的進行矢量化，使得矢量化的精度更加準確，加密控制點，使用控制點對正射影像進行影像糾正，糾正后殘差在一定范圍內方可進行矢量化。

野外調繪及補測。因為無人機獲取的影像因為遮擋等因素，造成部分數據信息丟失或者不夠清晰，使得成果無法進行矢量化，野外調繪的目的是對無人機影像的數據補充，使得成果能夠完整的輸出。數字矢量化是將影像糾正后，為了能夠生成地形圖，需要利用畫圖軟件進行數字矢量化，本文采用清華三維EPS2008進行矢量化，成果如下圖

圖3正射影像矢量化

4 實驗概況

本次實驗區域為南方沿海城市，飛行時間選擇在冬季，飛行區域地勢平坦，無人機飛行范圍內有道路、高層建筑物等，海拔-10m-10m，項目飛行相對高度為384米，預設航向重疊度80%，旁向重疊度80%，飛行范圍為6平方公里，沿南北飛行了16條航線，共拍攝了500多張影像。

為了提高地形圖測繪的效率，充分發揮測繪新技術在生產實踐中的應用，在生產中提供多樣豐富的數據成果，項目使用無人機技術對道路進行高分辨率的低空攝影測量，通過相片控制測量，空三加密等一系列內業處理，生成廣州坐標系下的正射影像。

圖4 正射影像與地形圖疊加

5 實驗結果分析

為了分析無人機影像制作數字化地形圖的數學精度，將傳統測量方法獲得的數字化地形圖與影像在arcgis中進行疊加分析，分別抽取每幅圖中具有特征點的數據提取進行精度分析的采樣點，實驗共抽取105個點進行精度統計。結果如表1所示。

表1 精度比較

根據表1顯示，平面精度的點位中誤差為0.123，多數點位在0.20m之內，其平面精度滿足1;2000數字化地形圖的精度要求。通過無人機數據獲取和線性化的過程分析，可以總結出影響無人機影像制作大比例尺地形圖精度的原因：

1、無人機體積小，易受風、天氣等的干擾，風速過大，在影像處理過程中，無法對風速等天氣原因進行改正，影像有幾何變形。

2、投影差的影響。無人飛行高度較低，建筑物等的高度與飛行高度相差不大，致使部分高層建筑物在影像處理過程中不能準確拾取連接點，部分還不能產生正射的效果。

3、數字地形圖的精度和矢量化化的精度。 影像在與傳統地形圖進行精度比較時，需要進行矢量化，矢量化的過程中必然存在人為因素導致的誤差。傳統的數字化地形圖在測量、成圖的各個階段也存在誤差。

6 結論

通過工程分析，無人機影像制作大比例尺地形圖與傳統的測量模式具有明顯優勢，不僅提高了作業的效率，降低了成本，而且更加豐富了成果，精度滿足國家大比例尺地形圖的精度要求。因此研究無人機影像制作大比例尺地形圖具有十分重要的意義。