1 ∶1 000地形圖測繪技術(shù)分析

謝偉杰

(汕頭市潮南區(qū)規(guī)劃測繪大隊，廣東 汕頭 515144)

1 智能無人機測繪的存在意義

現(xiàn)代地形圖測繪領(lǐng)域中，由于行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機航測遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍正不斷擴大，成為土地資源監(jiān)測等工作中的重要技術(shù)手段，該技術(shù)具備效率高、成本低等特點，且在各類極端環(huán)境也具有適用性[1]。為適應(yīng)多空間的測繪需求，近年來測繪工作中常采取衛(wèi)星遙感等技術(shù)。從工作原理來看，衛(wèi)星遙感的實現(xiàn)建立在人造衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，實行的是遠距離感測地面物的方式，并產(chǎn)生光譜效應(yīng)，經(jīng)過信息校正、轉(zhuǎn)換等一系列流程后將生成數(shù)字化圖形。實際應(yīng)用效果表明，該技術(shù)易受到布點的限制且缺乏靈活性。作為全新的無人機測繪技術(shù)，則在很大程度上解決了上述問題，可通過低成本的方式完成地圖測繪工作。由于該技術(shù)手段集成了數(shù)碼照相技術(shù)、自動控制技術(shù)等領(lǐng)域的先進技術(shù)，因此，在技術(shù)自我適應(yīng)的過程中也為現(xiàn)代化測繪工作提供了更有力的技術(shù)支持，生成的測繪圖形品質(zhì)得到大幅提高。

2 智能無人機測繪的工作流程

測繪前的準(zhǔn)備工作要落實到位，應(yīng)圍繞測繪地區(qū)做好勘察工作，明確實際測繪范圍以便給無人機的測量工作提供指導(dǎo)，確定合適的參數(shù)，如測量范圍、相對高度等[2]。根據(jù)無人機的工作特點確定航空攝影流程，以此指導(dǎo)無人機完成拍攝作業(yè)，隨后進行外業(yè)像控點的布設(shè)，航測內(nèi)業(yè)描圖并全面檢查各步驟，將各項測繪工作落實到位[3]。整個測繪的核心在于智能無人機，作為關(guān)鍵的測繪設(shè)備可采集測繪范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，并及時傳輸至計算機軟件中，在自動化分析技術(shù)的支持下完成核查與驗證工作。

3 1∶1 000地形圖測繪的實證分析

3.1 核心技術(shù)優(yōu)化

1)外業(yè)作業(yè)時，應(yīng)確定合適的像控點布設(shè)方案，主要考慮的是待測區(qū)的地類劃分等因素，與該區(qū)域大小相適應(yīng)。引入MAP-AT，利用該軟件提供的DE工具實現(xiàn)對圖像的自動拼接。同時兼顧地貌、地形等因素，為符合條件的像控點分別增設(shè)目標(biāo)點，獲得該點位周邊的放大圖，在此基礎(chǔ)上執(zhí)行打印、選刺與聯(lián)測操作。

2)引入mapmatri平臺，在其支持下達到無風(fēng)自動切換模型的效果，最終實現(xiàn)立體測繪。

3.2 測區(qū)概況

根據(jù)智能測繪無人機的工作特點，為深入分析其在1 ∶1 000大比例地形圖中所具備的應(yīng)用效果，本文共選擇了兩種測繪環(huán)境，即平原與山區(qū)丘陵。為給測繪工作創(chuàng)造良好條件，勘察了現(xiàn)場環(huán)境，結(jié)果如下。

1)平原測區(qū)，所處位置為長江中下游，所在區(qū)域的氣候特點為濕潤多雨，年均日照1 700 h，區(qū)域內(nèi)分布有堆積平原與灘涂平原，并建設(shè)有多類型道路工程及鐵路。

2)山區(qū)丘陵測區(qū)，氣候特點為干旱少雨，年均日照量較高，達到2 500 h，測區(qū)外部分布有大量山地，內(nèi)部以丘陵居多，總體呈自東向西傾斜的特點，是發(fā)展水平較高的農(nóng)業(yè)聚集區(qū)，路網(wǎng)系統(tǒng)由國道、縣道等構(gòu)成。

3.3 外業(yè)航攝與控制測量

選擇的是GKGY型無人機雙相機系統(tǒng)，其內(nèi)置了佳能5D MarkⅡ相機，具備的持續(xù)巡航能力達到1.5 h，同時提供了彈射起飛等實用性功能，在多類測繪環(huán)境中都具有可行性。

分析測區(qū)最小外矩形，以該處四角坐標(biāo)為準(zhǔn)展開航線設(shè)計工作，以攝區(qū)走向為參考確定無人機的航線走向，綜合考慮相機的焦距與像幅，經(jīng)計算后確定航攝參數(shù)，如高度、基線長度，在此基礎(chǔ)上進一步確定航線規(guī)模、長度等，作為正式航攝的基本指導(dǎo)。

若因最小地面分辨率明顯偏低而無法滿足成圖要求時，要求更改地面分辨率，由于此參數(shù)的變化，相對航高也要隨之調(diào)整。利用GPS靜態(tài)測量的方式布設(shè)控制網(wǎng)點，總量為17個，隨后實測閉合環(huán)線與三角高程網(wǎng)。像片控制點刺點選擇的是電子刺點，針對各自的情況使用電子文檔做出明確的說明；關(guān)于外業(yè)實測選擇的是GPS-RTK的方法。

3.4 立體測圖與調(diào)繪補測

內(nèi)業(yè)空三加密選擇的是MAP-AT系統(tǒng)，數(shù)字線劃圖(DLG)立體測圖選擇的是Map Mtrix。關(guān)于立體測圖遵循的是“所見即所得”的基本原則，以空三加密成果為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上恢復(fù)立體模型，達到全要素采集的效果。檢驗立體模型，若分布有大范圍的陰影或是其他異常情況，需使用鄰近模型補救。線、面樁要素采集點的設(shè)置要確保密度足夠合理，以要素幾何形狀不失真為基本前提，伴隨曲率的不斷提升，生成的曲線不可出現(xiàn)大幅度的變形現(xiàn)象，亦不可存在明顯的折線，平直的區(qū)域允許在既有基礎(chǔ)上加大采點間距。線狀要素若被其他類型的符號所隔斷(較典型的有水系遇橋梁)，采取不間斷連續(xù)采集的方式。應(yīng)注意的是公共邊不可出現(xiàn)重復(fù)采集現(xiàn)象。地物測繪工作中引入的是立體判讀法，生成具備連續(xù)性、足夠光滑的等高線，此資料可用于反映地貌特點。若測繪時遇到密灌覆蓋區(qū)遵循的是縮小看、放大畫的原則，最終完成測繪工作。

經(jīng)業(yè)內(nèi)采集作業(yè)后獲得劃線圖套合影圖像，將其用于外業(yè)協(xié)調(diào)與補測。根據(jù)無人機測繪的特點，其存在航片像幅小的問題，同時攝區(qū)內(nèi)高差極為明顯，從現(xiàn)場情況來看房屋主要為寬屋檐結(jié)構(gòu)形式，涉及到大量的投影差和屋檐寬度改正作業(yè)，明顯加大了外業(yè)工作量。

1)低于糾正起始面的物體，投影差值大于圖上0．2 mm時，此情況下需采取投影差糾正措施。

2)以墻基為準(zhǔn)，為之生成房屋輪廓線，結(jié)合屋檐寬度，若該值大于圖上0.2 mm必須進行屋檐寬度改正。當(dāng)結(jié)束內(nèi)業(yè)測圖相關(guān)工作后，綜合外業(yè)調(diào)繪與補測可以生成正射影像圖，即DOM，見圖1。

圖1 測區(qū)DOM

3.5 精度分析

經(jīng)上述測繪流程后獲得成果，采取GPS-RTK與全站儀相綜合的方式(要求兩類裝置精度保持一致)，完成對成果的檢查。關(guān)于檢查點的設(shè)置主要集中在電桿、房角等區(qū)域，遵循分布廣、數(shù)量多的原則，確保各檢查點具有代表性。根據(jù)本次測繪情況，檢查平面點總量為216個，中誤差0.68 mm，最大誤差2.7 mm。具體來說，未超過1倍中誤差的點數(shù)最多，共計159個，為整體的74%；介于1倍中誤差與2倍中誤差之間的點數(shù)共計48個，為整體的22%；除此之外，還分布有超2倍中誤差的點，此部分僅為9個。根據(jù)所得結(jié)果繪制誤差分布區(qū)間圖，具體見圖2。

圖2 平面誤差分布區(qū)間

設(shè)置檢查高程點，總量為132個，總結(jié)分析后得知，中誤差為0.84 mm，最大誤差2.4 mm。具體來說，未超過1倍中誤差的點數(shù)最多，共計132個，為整體的73%；介于1倍中誤差與2倍中誤差之間的點數(shù)共計40個，為整體的22%；除此之外還分布有超2倍中誤差的點，此部分僅為10個。根據(jù)所得結(jié)果繪制誤差分布區(qū)間圖，具體見圖3。

圖3 高程誤差分布區(qū)間

綜合上述檢測結(jié)果，得知無論是平面還是高程的精度都較為良好，與1 ∶1 000測繪圖的成圖要求相符，表明本文所提出的測繪技術(shù)具有可行性。

4 結(jié)束語

智能測繪無人機是現(xiàn)代測繪領(lǐng)域的主要設(shè)備，可彌補傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感等技術(shù)的缺陷，由于搭載了高像素數(shù)碼相機，因此，在要求較高的1∶1 000地圖測繪工作中具有可行性。從實際結(jié)果來看，本文所選擇的機型工作能力較強，可生成準(zhǔn)確的測繪地形圖，加之Map Matrix等軟件的輔助，在提升測繪精度的同時有效解決了人工投入量較大的問題，值得被推廣運用。

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