無人機傾斜測量在1∶500地形圖測量中的應用與分析

王志強

摘要：隨著測繪技術裝備的日新月異，測繪技術手段的不斷提高與創(chuàng)新升級，各種高精尖的數據獲取設備、數據處理軟件廣泛應用于測繪生產，測繪行業(yè)的數據獲取能力和數據處理能力得到了極大的提高，生產速度有了翻天覆地的變化，無人機傾斜攝影測量技術得到飛速的發(fā)展。傾斜攝影測量技術具有運行成本低、工作效率高、作業(yè)風險低、分辨率高、靈活性以及遙感數據實時性等多種優(yōu)點。本項目采用無人機傾斜航空攝影（地面分辨率優(yōu)于1.5cm）、立體測圖方式，同時形成實景三維模型、1∶500數字線劃圖（DLG）、數字高程模型（DEM）、數字正射影像圖（DOM）等多種類數據成果。

關鍵詞：傾斜航空攝影測量? 實景三維模型? 1∶500地形圖? 炎陵縣

Application and Analysis of UAV Tilt Measurement in 1：500 Topographic Map Survey

——Based on the Yanling County Town Development Boundary

WANG Zhiqiang

（Hunan Province Second Institute of Surveying and Mapping， Changsha， Hunan Province， 410000 China）

Abstract： With the rapid surveying and mapping technology and equipment， surveying and mapping technology and innovation， various sophisticated data acquisition equipment， data processing software is widely used in surveying and mapping production， surveying and mapping industry data acquisition ability and data processing ability has been greatly improved， production speed has tremendous changes， UAV tilt phogrammetry technology has developed rapidly. Tilting photogrammetry technology has many advantages of low operation cost， high work efficiency， low operation risk， high resolution， flexibility， and the real-time nature of remote sensing data. This project adopts UAV inclined aerial photography （ground resolution better than 1.5cm） and three-dimensional mapping， and forms various data results such as real 3 D model， 1∶500 digital line drawing （DLG）， digital elevation model （DEM）， digital forward projection image （DOM）.

Key Words： Tilt aerogrammetry; Real 3 D model; 1∶500 topographic map; Yanling County

為更好地保障炎陵縣自然資源管理和經濟社會發(fā)展對基礎測繪數據需求，根據湖南省自然資源廳制定的《湖南省基礎測繪生產與更新工作方案》（湘自然資辦發(fā)〔2020）189號）和《關于加快推進1∶500地形圖更新與匯交工作的通知決定》（湘自資辦發(fā)〔2021〕18號）文件精神，按照統(tǒng)一標準，實現市州、縣市區(qū)城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內1∶500 地形圖實現年度更新與匯交，為炎陵縣后續(xù)用地審批、不動產統(tǒng)一確權登記、國土空間規(guī)劃等業(yè)務提供統(tǒng)一的工作用底圖和地形圖基礎數據。通過建立實景三維立體模型，為炎陵縣城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)提供更直觀立體三維影像支持，便于對今后城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)建設作出更準確的分析與判斷。

1 工作范圍和工作內容

1.1 工作范圍

根據炎陵縣自然資源局國土空間規(guī)劃股在項目立項前對炎陵縣城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的初步規(guī)劃，中心城區(qū)規(guī)劃開發(fā)區(qū)面積20.05km²。

1.2 工作內容

（1）像控點控測量。

（2）炎陵縣城鎮(zhèn)開發(fā)邊界任務區(qū)傾斜攝影測量。

（3）建立實景三維立體模型（實景三維立體模型的基礎定位應與1∶500數字線劃圖（DLG）基礎定位完全保持一致，地面分辨率應優(yōu)于1.5cm）。

（4）炎陵縣1∶500數字化地形圖測量。

（5）炎陵縣1∶500數字線劃圖（DLG）及元數據制作。

（6）按照《湖南省1：500地形圖數據規(guī)范》建立炎陵縣級1∶500地形圖數據庫，并按省廳湘自然資辦發(fā)（2020）189號和湘自資辦發(fā)（2021）18號文件要求匯交成果數據。

2 成果的主要技術指標和規(guī)格

2.1平面坐標系統(tǒng)與高程系統(tǒng)

平面坐標系統(tǒng)：采用2000國家大地坐標系，高斯投影，3度分帶，中央子午線 114? 00，00〃。

高程系統(tǒng)：釆用1985國家高程基準。

基本等高距：地形圖平地、丘陵地等高距為0.5m，山地、高山地為1.0m;每幅圖內只允許采用一種基本等高距。

2.2精度指標

2.2.1平面精度

（1）各等級控制點平面精度的最弱點點位中誤差不大于±5cm。

（2）地形圖地物點平面精度指標按表2要求執(zhí)行。

2.2.2高程精度

各等級控制點高程精度的最弱點高程中誤差不大于±2cm，像控點髙程中誤差不大于測圖基本的l/10等高距，高程注記點相對于鄰近控制點的高程中誤差不大于基本的1/3等高距，等髙線內插高程點精度要求按表3執(zhí)行。

2.3數據存儲格式

符號化地形圖數據釆用*.gwg格式（AutoCAD 2008版），同時提供塊圖和分幅圖。非符號化建庫數據（DLG）釆用*.gdb格式（ArcGISlO.l版），以炎陵縣（430225）城鎮(zhèn)開發(fā)邊界項目區(qū)構成一個整體數據庫存儲在ArcGIS File GeoDatabase數據庫中。

3 技術方案和路線

采用傾斜攝影測量技術建立實景三維立體模型、裸眼三維立體測圖和全野外解析法數字化測圖兩種方法^[1]。以傾斜攝影測量技術建立三維立體模型、裸眼三維立體測圖為主要方法，對較多高樓或建筑物密集、地物遮擋嚴重的地區(qū)釆用全野外解析法數字測圖方法補充測圖為輔進行生產作業(yè)^[2]。

傾斜攝影三維立體測圖主要包括像控測量、傾斜航空攝影、三維建模、裸眼三維立體測圖、調繪和上圖等步驟。釆用無人機以傾斜攝影的方式生成高精度實景三維模型，基于模型立體采集各類地形要素，釆用圖庫一體軟件進行數字地形圖的編輯成圖，對于因地物遮擋造成實景三維模型局部變形、模糊而導致難以準確采集要素的部分應釆用全野外數字化測圖補測完整^[3]。

全野外解析法數字化測圖主要在實景三維模型因房屋、屋檐、樹木的遮擋而引起局部變形時來補充測繪相關的地形要素，內容主要包括圖根控制測量、外業(yè)數據釆集、圖庫一體編輯等步驟。外業(yè)釆用全站儀和GNSSRTK進行地形要素的釆集，內業(yè)釆用圖庫一體軟件進行數字地形圖的編輯成圖^[4]。總體技術路線如圖1所示。

4 軟硬件設備投入

無人機、三維測圖軟件、 GNSS GPS接收機、鋼卷尺、手持紅外激光測距儀、5秒級以上的全站儀、電腦、打印機等。

4.1無人機系統(tǒng)

無人機具有成本低、可靠性高、操作簡單、起飛與著陸場地點要求低、定位精度高等優(yōu)點，可滿足傾斜攝影測量與快速三維建模對數據獲取的要求。本項目采用飛馬D300L無人機^[5]。

4.2三維模型生產

三維模型生產與實景立體三維模型如圖3、圖4所示。

4.3三維測圖

三維測圖軟件使用航天遠景的傾斜測圖模塊MM3D，在高精度三維模型的基礎上采集二維矢量信息。航測立測系統(tǒng)具有測繪信息化入庫能力，集采、編、庫、更新一體化多功能軟件^[6]。DLG采集與生產如圖5所示。

5 效率對比與精度分析

5.1效率對比

由表4內的數據分析可以看出，在效率上無人機傾斜攝影測量作業(yè)模式比傳統(tǒng)測量作業(yè)模式在進行“1∶500城鎮(zhèn)開發(fā)邊界地形圖”時效率更高，在相同測量任務的前提下，使用無人機傾斜攝影測量作業(yè)的人員數量能夠減少至少一半，生產周期縮短接近40%～50%左右^[7]。

5.2精度分析

實地對40個點像制點的平面及高程精度進行了檢測，經計算得出像控點的最大△S=0.046m，最大△H=0.064m，平面點位中誤差為0.023m，高程中誤差為 0.035m，滿足像控點精度≤±0.05m的要求，詳情見表5。對地形圖的平面、高程和地物點間距精度進行了野外實測和實地丈量。平面精度檢測共采集碎部點1073個點，包括房角、圍墻、門墩的交叉點或拐點等，套合同名點平面坐標數據進行比較，計算得最大△S=0.046m，碎部點總體點位中誤差=0.023m，小于規(guī)定的±0.12m的要求。高程精度檢測共采集碎部點310個，計算得最大△H=0.010m，碎部點總體高程中誤差為0.050m，小于規(guī)定的±0.20m 的要求，詳情見表6。地物點間距精度檢測共采集間距906個，其中未滿足規(guī)范要求，占 0.00﹪，計算得最大△S=0.13m，總體地物點間距中誤差為0.029m，小于規(guī)定的±0.15m的要求，詳情見表7。故從數學精度分析上來看，無人機傾斜攝影測量完全能滿足“1∶500城鎮(zhèn)開發(fā)邊界地形圖”測量技術要求。

6 結語

綜上述應用與分析，得出無人機傾斜攝影測量的優(yōu)點和不足。

①航攝時受天氣因素制約，光線會對航攝產生影響，為確保無人機飛行的安全且穩(wěn)定，在飛行時也會受到一定的影響。

②樹林隱蔽、特殊困難地、高層建筑物，綠化率較高小區(qū)存在遮擋，部分關鍵地物點成像受會到限制影響，難以完成達到預期的精準采集，需要借助全站儀野外數據來完成編輯成圖。

③對內業(yè)采集人員的技術不熟練，經驗不充足，會造成矢量采集的準確性無法得不到充分的保障。

④無人機傾斜攝影測量在大比例尺、城市規(guī)劃、竣工等測量中的應用，在工作效率得到了顯著提高，測量效果也得到了科學優(yōu)化，測繪成果更加豐富，有效地節(jié)約了測量成本。

參考文獻

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