無人機(jī)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用分析

林坤財

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060）

隨著低空無人機(jī)航攝技術(shù)在大比例尺地形圖測繪方面的廣泛應(yīng)用，逐漸推動了測繪技術(shù)的革新，測量外業(yè)工作逐漸由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi)。無人機(jī)輕便靈活、成本相對較低，能夠克服地形阻隔，大幅節(jié)省作業(yè)時間，提升作業(yè)效率。通過地面無人機(jī)操作平臺，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)航空攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集、高效傳輸，并在保證精度的前提下，快速完成地形圖繪制。因此，無人機(jī)航空攝影在地形圖測繪方面的應(yīng)用空間相對較大，其生產(chǎn)成果應(yīng)用更多元化。

1 無人機(jī)地形圖測繪概述

1.1 無人機(jī)攝影測量工作原理與特點(diǎn)

無人機(jī)航攝技術(shù)是集多項高新技術(shù)為一體的測繪地理信息前沿技術(shù)，在無人機(jī)技術(shù)與航空攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS）和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。工作原理是事先規(guī)劃好航飛路線與范圍，對測繪對象進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集，外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。

根據(jù)影像的內(nèi)外方位元素進(jìn)行空三加密，計算每張影像的6個外方位元素，完成空三加密，在此基礎(chǔ)上通過建立密集點(diǎn)云，輸出高分辨率的航測成果（DOM）。根據(jù)航攝成果人工制作線劃圖，經(jīng)整飾后形成最終的大比例尺地形圖成果。

無人機(jī)航攝系統(tǒng)由飛行控制系統(tǒng)、飛行平臺與影像傳感器三大部分構(gòu)成。

（1）飛行控制系統(tǒng)主要用于對無人機(jī)飛行平臺的控制以及任務(wù)載荷的管理.

（2）飛行平臺指無人機(jī)的機(jī)體，一般分為旋翼機(jī)、固定翼、混合翼等三類。

（3）影像傳感器指用于開展航攝的各類傳感器等，如單反相機(jī)、多鏡頭的傾斜攝影相機(jī)等。

1.2 無人機(jī)攝影測量技術(shù)優(yōu)勢

無人機(jī)攝影測量技術(shù)的發(fā)展得益于各類前沿技術(shù)的高度集成，如應(yīng)用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在航測范圍內(nèi)進(jìn)行航飛路線的精確規(guī)劃。空中三角測量技術(shù)可通過影像內(nèi)外方位元素反算出區(qū)域內(nèi)的加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)。實(shí)時載波相位差分技術(shù)可快速獲取精確的地面基站坐標(biāo)。

與傳統(tǒng)測量方式相比的技術(shù)優(yōu)勢：

（1）工作效率高，降低了測繪人員的工作強(qiáng)度。

（2）機(jī)動靈活，無須專業(yè)的起降場地。

（3）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對統(tǒng)一，測量精度可以滿足大比例尺地形圖精度要求。

2 應(yīng)用分析

以廣州市某村1∶2 000大比例尺地形圖測繪為例，選定無人機(jī)測繪方案后實(shí)施測繪任務(wù)。做好各項準(zhǔn)備工作后，先根據(jù)航飛范圍布設(shè)像控點(diǎn)，再開展航空攝影測量任務(wù)。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方面，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，精準(zhǔn)計算空中三角測量結(jié)果后，生產(chǎn)DEM與DOM等航測成果，基于航測成果、人工繪制地形圖并進(jìn)行精度分析。無人機(jī)生產(chǎn)大比例地形圖技術(shù)流程如圖1所示。

2.1 航空攝影

選取自東向西飛行的整體航向，航空攝影地面高度控制在700 m，相對航高控制在650 m，地面分辨率平均0.13 m。滿足測繪方案中要求的1∶2 000比例尺的成圖標(biāo)準(zhǔn)。

本次航飛選擇成都縱橫有限公司生產(chǎn)的CW10混合翼無人機(jī)，如圖2所示。

圖2 CW10無人機(jī)

2.2 像控點(diǎn)布設(shè)

像控點(diǎn)布設(shè)包括四個方面的內(nèi)容，即影像分析、點(diǎn)位選取、像控點(diǎn)測量、像控點(diǎn)刺點(diǎn)。

影像資料分析方面主要分析了航線間隔及旁向重疊度，分別以30%～40%、65%～75%為準(zhǔn)。無人機(jī)攝影作業(yè)區(qū)域，航向超出航空攝影區(qū)域范圍需要控制在3～6條基線。相片的傾斜角度、旋偏角、航線彎曲度，分別小于4°、8°、3%。高度方面，同一條航線高差應(yīng)在30 m以下。在相片上的實(shí)際航線與設(shè)計航線之間的偏離范圍要求控制在10 cm以內(nèi)，考慮精度要求，為了從技術(shù)層面做到質(zhì)量有效控制，采用強(qiáng)化加密像控點(diǎn)的方法。具體的操作限定在不規(guī)則區(qū)域內(nèi)，針對凹角處進(jìn)行高程點(diǎn)設(shè)置，針對凸角處進(jìn)行平高點(diǎn)設(shè)置。相片位移誤差不大于30 m，在像控點(diǎn)測量方面，選擇了全站儀配合RTK雙頻GPS接收機(jī)，對本次的像控點(diǎn)進(jìn)行測量。在像控點(diǎn)刺點(diǎn)方面，刺點(diǎn)誤差應(yīng)保持在相片上0.1 mm以內(nèi)。

2.3 影像預(yù)處理

由于無人機(jī)航攝過程中相機(jī)的系統(tǒng)誤差會對測量精度產(chǎn)生影響，因此需要對影像實(shí)施預(yù)處理，具體參數(shù)需以相機(jī)檢校報告為準(zhǔn)，選擇DPGrid系統(tǒng)內(nèi)自帶的小像幅影像畸變差校正模塊，進(jìn)行畸變差改正處理。

2.4 空中三角測量

空中三角形測量主要依據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，獲取加密點(diǎn)坐標(biāo)以及影像外方位元素，提供更高精度的定向成果，保證數(shù)字地形圖的數(shù)字精度。空三測量通常包括四個流程，即相對定向、模型連接、平差解算、絕對定向。采用Smart3D軟件進(jìn)行全自動空三測量，空三結(jié)果如圖3所示。

圖3 空三加密成果

2.5 DEM與DOM制作

本次在DEM制作時，對成果進(jìn)行了人工編輯，保障了對復(fù)雜實(shí)物的細(xì)致分析與糾正處理，為DOM制作提供相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。自動生成DOM過程中涉及對DEM數(shù)據(jù)的處理、對影像的勻光勻色處理、對相關(guān)色調(diào)的均衡處理。在實(shí)際開展DOM制作時，需要通過人工編輯方法對DOM進(jìn)行糾正處理、鑲嵌處理，盡量使其色彩與幾何特征滿足地形圖測繪后續(xù)的使用需求，生產(chǎn)的DOM數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 DOM成果

2.6 地形圖繪制

地形圖繪制要求嚴(yán)格按照設(shè)計中設(shè)置的1∶2 000比例尺，配合DEM制作成果，對DOM校正處理，在清華山維EPS三維測圖軟件中，基于DOM人工繪制大比例尺地形圖。

2.7 影像成圖精度分析

本次精度分析中共抽樣了占本區(qū)域10%比例的4幅地形圖，對83個檢查點(diǎn)進(jìn)行了外業(yè)檢查，地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、高程中誤差分別為±0.69、±0.72 m，滿足了本次測繪精度指標(biāo)要求。完成精度檢測后，對本次無人機(jī)攝影測量結(jié)果進(jìn)行全面復(fù)審，確定本次測量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、影像完整、繪圖符合設(shè)計方案要求后，經(jīng)過質(zhì)量審核與驗(yàn)收，出具綜合性評估報告提交上級部門。

3 結(jié)語

無人機(jī)能快速高效完成大比例尺地形圖測繪以及DEM、DOM等測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)，逐漸在測繪地理信息產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在大比例尺地形圖測繪中，可根據(jù)實(shí)際的地形圖測繪對象、測繪內(nèi)容，選擇成本相對低廉、測繪技術(shù)相對便利的資源，設(shè)計與實(shí)際地形圖測繪需求一致的技術(shù)方案。