無人機低空攝影測量在城鄉規劃測繪中的應用

陳抒錄

湘潭市勘測設計院，湖南湘潭 411100

隨著城鎮現代化建設和“一帶一路”建設的不斷推進，各地規劃及行政主管部門對現勢高、精度好的測繪地理信息成果需求也更加迫切。在無人機配套產業高速發展的條件下，無人機與現代遙感技術、攝影測量技術等相結合，使無人機低空數字攝影測量不斷發展為與航天攝影測量、傳統大飛機航空攝影測量共存的攝影測量方式[1]。本文以湘潭市仙女峰景區項目為應用案例，介紹無人機航測外業數據采集方法和內業數據處理手段，對處理后的數據成果進行精度分析，分析比較無人機低空數字攝影測量系統的特點和優勢，對其在規劃測繪中的前景進行展望。

1 無人機低空攝影測量系統構成、優勢

近年來，無人機配套產業高速發展，基于無人機飛行平臺的低空攝影測量技術已變得越來越成熟。無人機低空數字攝影測量系統由無人機飛行平臺、飛控系統、地面監控系統、非量測數碼相機、數據傳輸天線、野外保障裝備組成。它主要具備以下優勢：

① 起降靈活。無人機起降靈活，對起降場地要求低，不需要專門的機場，在操場、開闊的空地可起降，受氣候條件影響少。

② 低空作業。無人機可以在云下超低空飛行，彌補了航天攝影測量和大飛機航空攝影測量經常受云層遮擋，獲取不到影像的缺陷。低空攝影受云層影響小，增加了有效作業時間，提升了效率。

③ 測圖精度高。無人機低空作業，搭載的數碼相機在低空的分辨率最高可達厘米級，完全可以滿足城市規劃的測繪需求。

④ 成本相對較低。無人機低空航測較傳統人工測圖成本低，生產周期短。特別是在外業數據獲取階段，可以獲得更好的生產效益。

2 項目實施

本文結合仙女峰景區1：1000線劃圖工程實例進行探討，項目采用武漢智能鳥KC3400實施低空攝影獲取數據，運用網絡RTK方式進行像控點的采集，運用航天遠景的HAT軟件進行空三加密，運用航天遠景的MAPMatrix軟件進行DLG的制作，并使用航天遠景的EPT軟件生成正射影像。

2.1 測區概括

測區位于湘潭市雨湖區仙女峰景區，面積約3km2，測區以低矮丘陵和山地為主。

2.2 無人機低空航攝

航攝采用SONYA7R數碼相機，焦距35mm，像幅24mm×36mm，航高680m，影像地面分辨率0.08m，航攝比例尺為1：1000，航向重疊率75%，旁向重疊率50%，本次航攝總面積為5.6km2，共12條航帶。

2.3 控制測量

運用RTK方式進行像控測量和碎部點測量。本項目中，每兩個航帶之間均布設了像控點，并適當的增加了部分檢核點。

2.4 空中三角測量

本次項目采用航天遠景的HAT軟件進行空中三角測量平差解算。將原始影像數據、機載POS文件和檢校后的相機參數導入HAT軟件，根據POS信息自動劃分航帶，之后進行轉點匹配、區域網自由平差，平差后刺入像控點進行空三加密。

2.5 正射影像制作

通過MAPMatrix加載空三數據生成DEM，通過DEM對原始影像進行畸變矯正，將矯正后的影像通過ESP軟件拼接生成正射影像圖。

2.6 立體測圖

將原始影像和空三數據導入到航天遠景的測圖軟件中，即可展開立體測圖工作。

2.7 外業調繪制及編輯

立體測圖后，將成果及時進行外業調繪，并且編輯成圖。

3 作業難點與解決方案

（1）單位面積內模型數量較多，采用多核網絡并行自主配準的技術，自主生成了高精度、高強度的測區模型連接點。

（2）數碼相機普遍存在獲取到的原始影像邊緣區域影像畸變偏大的問題，利用自主配準的的高精度、高強度測區模型連接點進行區域網自由平差計算，提高了空三解算的精度。

（3）局部地方控制點不足，應及時進行外業補加控制點。

4 結果分析

4.1 飛行質量分析

依照航空遙感測量的一般要求，拍攝時的航向重疊率最小不得低于53%，旁向重疊率最小不得低于15%。本次飛行根據天氣、地形、風速等因素的考慮，設計了航向重疊率為75%，旁向重疊率為50%，根據所生成的航線影像疊加圖（圖1）可以看出，整張圖測區中間無黑色區塊生成，說明整個拍攝區域沒有出現漏拍的現象，滿足測圖要求。

圖1 航線影像疊加圖

4.2 空三成果精度分析

空三加密的精度直接影響整個航測數字化成圖及正射影像的制作的質量，空三的制作是整個航測項目中的核心步驟。本次仙女峰景區項目通過在整個測區均勻的布設13個檢查點（檢查點點位分布圖如圖2），并用RTK采集坐標數據，通過與空三加密后在立體相對中采集的相應檢查點坐標作比較，從而分析整個空三制作的精度，分析結果如表1。

圖2 檢查點點位分布圖

表1 空三制作的精度分析結果

內業加密點對最近外業控制點的平面和高程中誤差不得大于下表2、表3的規定。

表2 平面中誤差（mm）

表3 高程中誤差（m）

該區域檢查點平面中誤差為0.109m，高程中誤差為0.157m。滿足GB/T7930內業加密點對附近野外控制點的平面位置中誤差、高程中誤差的要求。

4.3 效率分析

以仙女峰項目為例，1：1000航測與1：1000傳統測圖的工效對比，如表4。

表4 傳統測圖的工效對比

由該表可以看出，完成該項目，傳統測量需要的工作時間是航測的6倍，其中不包括由于項目周期長，天氣原因及允許的錯誤返工等不可控因素對項目進度的影響。

5 結語

隨著城鎮現代化建設和“一帶一路”建設的不斷推進，國土資源調查和規劃設計越來越重要。為獲取得最新的測繪地理信息成果，無人機低空數字攝影測量作為一種全新的技術手段，相比于傳統大飛機航空攝影測量和工程測量，它具有以下幾點明顯優勢：

（1）降低外業人員成本，提高作業效率、內業成圖自動化程度高。

（2）無人機小巧便攜、受空間限制小，受天氣和氣候影響小，起降方式更加靈活機動。

（3）內業數據處理成果精度高、成圖周期短。

綜上所述，利用無人機低空數字攝影測量系統進行外業數據采集和內業數據處理，不僅能為大比例尺土國土資源調查調查提供原始數據的輸入，同時也能滿足土地規劃設計的需求，從而為我國現階段城鎮化和“一帶一路”建設提供快速的測繪保障，為農村土地資源的合理規劃利用和開發提供一種高效的數據采集手段和數據支持。