消費級無人機在大比例尺地形圖測繪的應用

郭 劍 賀國偉

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南714099）

1 概述

傳統的大比例地形圖主要利用全站儀、GPS-RTK 進行外業數據采集，利用南方CASS 等繪圖軟件成圖，該方法具有作業效率低、勞動強度大、成本高的缺點。隨著無人機的技術的不斷發展，低空航測影像獲取方式更加便捷，利用消費級無人機進行大比例地形圖測繪已成為研究熱點。

2 無人機航測技術在大比例地形圖測繪中的技術流程

利用無人機航測技術生產大比例地形圖的流程主要包括資料收集，像控點測設，航空攝影，空三加密，模型與DOM 生產，DLG 采集及外業調繪。操作流程見圖1。

圖1 實驗技術流程

2.1 資料收集。資料收集包括收集測區內小比例地形圖、遙感影像、數字高程模型等；收集測區內自然與人文資料以及影響無人機安全飛行的相關資料，如地面落差、植被覆蓋、通訊信號塔分布等。2.2 像控點測設。像控點分布及精度直接影響空三精度，決定后續三維模型生產、DOM 和DLG 的采編精度，所以合理的像控點布設方案對成果質量具有重要意義。在航攝前應擬定像控點布設方案，按照擬定的布設方案，在遙感影像圖上選擇像控點概略位置，盡可能選擇地勢平坦，標志明顯的點，對于無明顯標志的點位，可自行建立標志，一般采用對三角形、L 型及十字型標志，并在像控點適當位置噴寫點號，方便刺點，最后采用GPS-RTK 進行像控點測量。2.3 航空攝影。2.3.1 起飛環境選擇。航攝時，應當按照實際情況選擇視野開闊，遠離人口密集及高壓電線、信號塔等影響無人機安全飛行的區域。2.3.2 航攝參數設置。航攝參數主要包括飛行范圍、重疊度及航高等。相較于傳統的單相機垂直攝影方式，傾斜攝影采用5 相機，即1 個正射相機，4 個傾斜相機，傾斜相機傾角一般-45°，航向重疊度為70%-80%，旁向重疊度為60%-70%，航高可根據成圖比例尺所需的影像分辨率確定。2.3.3 航攝數據檢查。為保證航攝質量，航攝完成后，應現場檢查相片清晰度，曝光情況等影響內業成圖因素，數據不合格時進行補飛或重飛。2.4 實景三維建模。首先將航攝數據包括POS 數據、影像數據、相機檢校數據以及像控點數據進行整理，使其格式滿足數據處理平臺要求，然后將數據導入至處理平臺進行刺點，刺點完成后軟件自動完成空中三角測量。空三結束后，檢查空三質量，空三質量合格后即可進行模型與DOM生產。2.5 內業數據采集。利用OM與實景三維模型相結合的方式進行地形數據采集，采集內容包括居民地、水系、道路、土質地貌等。2.6 外業調繪。數據采集完成后，需對模型不清析、屬性不明確的地物進行調繪，如建筑物層數、結構等。

3 工程案例

3.1 數據獲取。實驗以渭南市臨渭區某項目為例，測區長1.1km，寬0.7km，總面積0.77Km2，測區以平原為主，地形起伏較小。以精靈4Pro 為航測平臺，相機焦距8.8mm，像元尺寸2.3μm。航高為120 米，地面分辨率3.1cm，相機傾角為-45°，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，完成像控點12 個，精度檢查點35 個。3.2 空中三角測量。利用Smart3D 進行空三加密，自動生成實景三維建模與DOM。3.3 內業數據采集。利用EPS 軟件進行地形數據采集，主要包括測區內居民地、道路、地形地貌、水系設施采集。

4 精度評定

為檢驗地形圖精度，本文在測區內利用GPS-RTK 均勻獲取了道路、房屋、圍墻轉角及井蓋等35 個特征點進行精度檢查，見表1。分別按式（1）、（2）計算平面與高程中誤差。

表1 測區平面及高程檢查點精度統計表，單位m

按式（1）、（2）計算平面及高程中誤差分別為0.030m 與0.045m，按照《工程測量規范》1：500 地形圖點位平面中誤差為0.05cm，地形圖高程中誤差為1/10 等高距，平原地區等高距為0.5m，所以高程中誤差為0.05m，可知平面精度滿足1：500 地形圖測量精度。

5 結論

利用消費級無人機為航測平臺，利用GPS-RTK 進行像控點采集，采用Smart3D 進行空三加密、生成DOM及實景三維模型，基于DOM與實景三維模型繪制測區地形圖，并與GPS-RTK獲取的檢測點數據進行對比，結果表明，采用消費級四旋翼無人機傾斜攝影測量方式進行大比例地形圖測繪精度可以達到1：500 地形圖測繪要求，可以作為大比例尺地形測繪的獲取的一種方法。