無人機航空攝影測量在大比例尺地形圖測繪中的應用

馬海政 ,李旺平，強德霞

（1.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院，甘肅 白銀 730900；2.蘭州理工大學，甘肅 蘭州 730050；3.甘肅林業(yè)職業(yè)技術學院，甘肅 天水 741020）

無人機航空攝影現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應用于大比例地形圖測繪、文物修復、環(huán)境監(jiān)測保護、災害區(qū)域分析和自然資源管理等領域[1]。其數(shù)字產(chǎn)品地表分辨率可以滿足較高精度的工作需求，但在大比例尺成圖中，存在高程及其他精度無法滿足建設要求的缺點，提高無人機航測成圖高程精度是亟待解決的問題。

1 無人機航攝系統(tǒng)

無人機航攝平臺由無人機飛行平臺、遙感通信傳感器系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、GPS 實時動態(tài)差分系統(tǒng)和地面站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成[2]。無人機具有體積小、重量輕、便于攜帶、控制機操作系統(tǒng)安全高效，并且作業(yè)成本低、功能強大、機動靈活等優(yōu)點[3]。但同時存在著一些缺陷，如拍攝的圖片有影像之間重疊不均勻，一些像片像幅過小，其次，重復影像數(shù)據(jù)量大，基線短，匹配特征重合度小，特征提取精度不夠等問題[4]。

2 無人機數(shù)據(jù)獲取

無人機數(shù)據(jù)獲取主要流程為：選擇測區(qū)、調(diào)試無人機以及進行航線的規(guī)，確定航向和飛行速度以及飛行時間的長短，控制無人機沿所設航線進行作業(yè)，飛機落地檢查，獲取需要的數(shù)據(jù)，之后進行數(shù)據(jù)后期處理[5]。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)準備

由于相機及無人機自身影響，未經(jīng)處理和選擇的無人機相片畸變差比較大，無法直接用于空中三角測量及后期模型建立和數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)，數(shù)據(jù)的預處理主要是通過提供的相機校檢報告參數(shù)和實際飛行參數(shù)的選擇來進行畸變差改正。通過加載影像，對影像數(shù)據(jù)進行雙拼處理后，刪除航線外的多余影像，將POS 數(shù)據(jù)及控制點坐標的導入工程并保存，查看影像的整體情況并判斷飛行質(zhì)量，通過影像質(zhì)量數(shù)據(jù)可對后期數(shù)據(jù)處理的可行性做出判斷，數(shù)據(jù)處理者判定是否需要進行補飛。通過DPGrid軟件生成工程參數(shù)，檢查重疊度、DEM 間隔及所設置的等高距是否滿足要求。

3.2 進行空三加密和模型的建立

根據(jù)連接點在航空攝影測量像片中的位置和少量地面控制點的像方坐標及其物方坐標，通過平差計算，求解影像的外方位元素和連接點的物方空間坐標[6]?？罩腥菧y量主要包括雙拼影像區(qū)域網(wǎng)平差和單獨影像的區(qū)域網(wǎng)平差，選擇均勻分布于航測區(qū)域的5～6 個像控點進行刺點平差，其他像控點可通過預測功能確定位置以達到快速測量的目的，平差方式選擇的是平差軟件XSFM，探測粗差并剔除，查看平差報告，采用WGS-84 坐標系下的控制點坐標進行平差，高程精度相對較低，轉(zhuǎn)換為中國2000 坐標系，進行二次平差，比對兩次平差精度。

3.3 產(chǎn)品生成

對空三模型基礎上加載點云后，匹配離散的像點后，生成DSM，在DP Grid 軟件中加載DEM 處理模塊，選擇DEM 密集匹配的方法，在DEM Matching界面選擇匹配方式為ETM 雙擴展匹配，經(jīng)過自動濾波得到DEM，由于實測地區(qū)地物的復雜性對DEM及人工建筑的影響，需要對DEM 數(shù)據(jù)進一步編輯，以提高生產(chǎn)的DOM 的精度。

在DLG 生產(chǎn)過程中，通過立體采集，選擇編輯區(qū)域并導入的立體像對，在軟件提供的符號面板下，選擇正確符號，在模型上采集對應的地物、地貌，可以在矢量窗口中顯示，一個模型完成后，繼續(xù)用其他模型采集地物、地貌，直至完成測區(qū)內(nèi)所有規(guī)定的地物、地貌的采集；在菜單欄上選中文件，將DLG 成果保存。核查比例尺數(shù)值，輸出方式不選擇結合圖表選項，設置圖幅信息，完成DLG 圖廓，整飾后輸出。

圖1 DOM 生成圖

圖2 DLG 生成圖

4 精度評價

表1 為像控點初始坐標，表2 中平差時采用的是WGS-84 坐標系下測量點的坐標，查閱大比例尺地形圖測繪相關規(guī)范，預先將誤差最大值設為2cm?？梢钥闯龈叱叹日`差較大，最小誤差0.016cm，最大誤差接近2.670cm，超出最大誤差。將WGS-84 坐標轉(zhuǎn)換為中國2000 城市坐標，平差后得到表3 呈現(xiàn)的平差結果，最大高程誤差0.087cm，最小為0.001cm,該高程精度完全滿足大比例尺測圖規(guī)范要求，故在制作城市地區(qū)大比例尺地形圖時一般選擇相對應的城市坐標系，以提高繪圖精度。

表1 原始坐標

表2 WGS-84 坐標精度評定結果

表3中國2000 坐標系精度評定結果

5 結論

論文主要闡述無人機航空攝影測量數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理制作大比例尺地形圖。發(fā)現(xiàn)在與無人機相匹配的數(shù)據(jù)處理軟件不能滿足詳細高精度地形地物分類的要求及在地形復雜、地物遮擋嚴重時，獲取高精度大比例尺數(shù)字線化圖比較困難等缺點；其次，在進行人機交互編輯時，高程點的編輯影響4D 產(chǎn)品的質(zhì)量，沒有詳細的規(guī)范標準，在制圖編輯過程中，摻雜人為因素較多，制圖標準誤差因人而異。