淺談無(wú)人機(jī)在大比例尺地形測(cè)量中的應(yīng)用

王亞奇

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七〇三隊(duì) 伊寧 835000）

在地形測(cè)繪工程中,傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)存在較大的局限性,要改善這種境況,可以采用無(wú)人機(jī)的測(cè)繪航拍技術(shù),彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)上的缺陷。無(wú)人機(jī)測(cè)繪便捷度高、測(cè)量范圍廣并且技術(shù)操作方面極為靈活。本文對(duì)地形測(cè)繪工程中無(wú)人機(jī)的技術(shù)流程和技術(shù)方法等進(jìn)行研究分析。

1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）《數(shù)字航攝儀檢定規(guī)程》CH/Z8021-2010；

（2）《無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)要求》CH/Z3002-2010；

（3）《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》CH/Z3005-2010；

（4）《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GBT18314-2009)；

（5）《數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定和質(zhì)量評(píng)定》GB/T18316-2001)；

（6）《1：500、1：1000、1：2000 比例尺地形圖航空攝影規(guī)范》(GB/T15967-2008)。

2 航空攝影基本流程

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（1）項(xiàng)目測(cè)區(qū)內(nèi)有高等級(jí)平面控制點(diǎn)5 個(gè)以上（含五個(gè)）,用于精度控制。

（2）坐標(biāo)系統(tǒng)：平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系,中央子午線81度,投影面為參考橢球面。

（3）高程系統(tǒng)：采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2.2 像控點(diǎn)選取及數(shù)據(jù)采集

選用的像片控制點(diǎn)點(diǎn)位目標(biāo)影像應(yīng)清晰,易于判刺和立體量測(cè)。當(dāng)目標(biāo)與其他像片條件發(fā)生矛盾時(shí),應(yīng)著重考慮目標(biāo)條件；像片控制點(diǎn)距離像片上各類標(biāo)志應(yīng)大于lmm,距像片邊緣不得小于lcm(18cmX18cm像幅)或1.5cm(23cmX23cm 像幅)；像片控制點(diǎn)應(yīng)選在旁向重疊中線附近,離開(kāi)方位線的距離大于3cm(18cmX18cm像幅)或4.3cm(23cmX23c二像幅)。當(dāng)旁向重疊過(guò)大時(shí),離開(kāi)方位線的距離應(yīng)大于2cm(18cmX18cm像幅)或3cm(23cmX23cm像幅)。

儀器采用GPS,標(biāo)稱精度應(yīng)滿足以下要求：水平標(biāo)稱精度：±10mm+2ppm；垂直標(biāo)稱精度：±20mm+2ppm；像控點(diǎn)測(cè)量：觀測(cè)時(shí)間不應(yīng)少于15秒,每點(diǎn)觀測(cè)兩回次,觀測(cè)值應(yīng)在得到RTK 固定解且收斂穩(wěn)定后開(kāi)始記錄,測(cè)回間的平面坐標(biāo)分量較差不應(yīng)大于20mm,垂直坐標(biāo)分量較差不應(yīng)大于30mm。兩測(cè)回結(jié)果取平均值作為該像控點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)成果,像控點(diǎn)測(cè)量的平面坐標(biāo)和高程記錄至毫米。

2.3 飛行路線規(guī)劃

根據(jù)區(qū)域范圍線,在軟件中按現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置合理的飛行路線及參數(shù),建立目標(biāo)區(qū)域飛行計(jì)劃。

2.4 航空攝影拍攝技術(shù)要求

按照國(guó)家目前航攝及成圖標(biāo)準(zhǔn),像片航向重疊度設(shè)計(jì)一般為60%～65%,最大不超過(guò)75%,最小不少于56%；像片旁向重疊度設(shè)計(jì)一般為30%～35%,最小不少于13%；以上要求均由相機(jī)上的飛行管理系統(tǒng)經(jīng)設(shè)置后自動(dòng)給予保證。同一航線上相鄰像片的航高差不應(yīng)大于30m,最大航高與最小航高之差不應(yīng)大于50m,實(shí)際航高與設(shè)計(jì)航高之差不應(yīng)大于50m。航攝中出現(xiàn)的空缺漏洞應(yīng)及時(shí)補(bǔ)攝,應(yīng)采用同一臺(tái)相機(jī)補(bǔ)攝,補(bǔ)攝航線的兩端應(yīng)超出漏洞之外兩條基線。

2.5 影像質(zhì)量要求

影像應(yīng)清晰,層次豐富,反差適中,色調(diào)柔和；應(yīng)能辨認(rèn)出與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像,能夠建立清晰的立體模型。影像上不應(yīng)有云、云影、煙、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷。雖然存在少量缺陷,但不影響立體模型的連接和測(cè)繪。影像的曝光過(guò)度或不足、影像的重影、散焦與噪點(diǎn),將嚴(yán)重影響三維建模的質(zhì)量。為了避免這類曝光問(wèn)題，在外出航拍時(shí)盡量提前看天氣預(yù)報(bào),在多云的天氣拍攝比大晴天更好,如果必須在晴天拍,最好選擇中午左右使陰影區(qū)域最小化。

3 內(nèi)業(yè)處理

航片完成后,首先要對(duì)獲取的影像質(zhì)量進(jìn)行檢查,對(duì)不合格的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)飛,直到獲取的影像質(zhì)量滿足要求；當(dāng)相片數(shù)據(jù)符合要求后可在內(nèi)業(yè)處理軟件中導(dǎo)入所有的影像數(shù)據(jù)。

攝影測(cè)量流程：導(dǎo)入控制點(diǎn)坐標(biāo)-匹配坐標(biāo)系-像控刺點(diǎn)-空中三角測(cè)量-空三加密-建立數(shù)學(xué)模型。

一般說(shuō)來(lái),保證測(cè)區(qū)像點(diǎn)網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)強(qiáng)度,第一個(gè)原則是要保證測(cè)區(qū)中每一張影像的三度重疊區(qū)的上、中、下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位上必須有連接點(diǎn)；保證測(cè)區(qū)像點(diǎn)網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)強(qiáng)度的第二個(gè)原則是要保證航線之間的連接強(qiáng)度,這意味著在每一張影像中,位于航線間重疊區(qū)域里的像點(diǎn)必須向相鄰的航線轉(zhuǎn)刺。

4 立體測(cè)圖

采用EPS地理信息工作站基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行裸眼3D立體測(cè)圖,測(cè)繪與地理信息角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型,綜合CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),圖形繪制平臺(tái)）技術(shù)與GIS（地理信息系統(tǒng),空間數(shù)據(jù)管理）技術(shù),以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心,將圖形和屬性融為一體,從數(shù)據(jù)生產(chǎn)源頭支持測(cè)繪的信息化轉(zhuǎn)變。

立體采集工作流程：工作環(huán)境準(zhǔn)備、建立EPS 文件、導(dǎo)入三維模型、導(dǎo)入DOM、立體編輯處理、數(shù)據(jù)檢查、成果輸出。

裸眼3D 信息采集對(duì)于信息化的DLG 數(shù)據(jù),表現(xiàn)在完全面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)符號(hào)化且一套數(shù)據(jù)二三維符號(hào)化一致、圖屬一體化、圖庫(kù)一體化。所有地理要素全部用骨架線+屬性描述方式表示,完全滿足GIS 建庫(kù)與應(yīng)用需求,在顯示與打印環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)符號(hào)化,完全滿足圖式規(guī)范與制圖需求。

按模型進(jìn)行全要素采集,做到不變形、不移位、無(wú)錯(cuò)漏。采集依比例及用符號(hào)表示的地物時(shí),應(yīng)以測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)輪廓線或拐點(diǎn)連接,采集不依比例尺表示地物時(shí),就以測(cè)標(biāo)中心切準(zhǔn)基點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、定位線。對(duì)模型不清楚,無(wú)法準(zhǔn)確定位時(shí),務(wù)必在相應(yīng)位置做標(biāo)記,以便外業(yè)補(bǔ)測(cè)。

5 外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)調(diào)繪工作流程：資料準(zhǔn)備、外業(yè)檢查、調(diào)繪補(bǔ)測(cè)、內(nèi)業(yè)編輯、成果輸出。

野外調(diào)繪是航測(cè)外業(yè)的最后一道工序,也是確保地形圖數(shù)學(xué)精度和地理精度的重要環(huán)節(jié)。外業(yè)人員按規(guī)范、圖式、設(shè)計(jì)書的要求,利用航內(nèi)初編的線劃圖對(duì)內(nèi)業(yè)測(cè)繪的地形要素進(jìn)行野外檢查、調(diào)繪及補(bǔ)測(cè)。因此在調(diào)繪工作中要做到四到：走到、看到、問(wèn)到、測(cè)到。調(diào)繪補(bǔ)測(cè)工作要認(rèn)真細(xì)致,對(duì)原圖上的每一條線、每一個(gè)符號(hào)都要仔細(xì)判讀,并將所調(diào)繪的內(nèi)容及相關(guān)量測(cè)的數(shù)據(jù)用紅筆標(biāo)注在圖紙上,做到圖面整潔、易讀,字跡清晰不亂,數(shù)據(jù)交代明確,綜合取舍合理。

一般補(bǔ)測(cè)內(nèi)容直接清繪在線劃圖上,各類補(bǔ)測(cè)要素要有足夠的定位數(shù)據(jù),能準(zhǔn)確的進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)圖形編輯；大面積補(bǔ)測(cè)的內(nèi)容應(yīng)在外業(yè)形成圖形數(shù)據(jù)并編輯后提供給內(nèi)業(yè)。在清繪或編輯時(shí)要遵循線狀要素連通、面狀要素封閉的數(shù)據(jù)要求。

建筑區(qū)不繪等高線,但保持一定密度選擇重要地物注記高程點(diǎn)。等高線遇地物時(shí)斷開(kāi)。植被均按實(shí)際范圍測(cè)繪其邊界,并配值相應(yīng)的植被符號(hào)。地形圖地理名稱調(diào)查注記地名、道路、山名以縣人民政府批準(zhǔn)的名稱為準(zhǔn)。

高程點(diǎn)注記：高程點(diǎn)按小數(shù)點(diǎn)后2位注記,同時(shí)注記點(diǎn)位。

數(shù)據(jù)輸出：地理信息工作站基礎(chǔ)平臺(tái)可以根據(jù)需要輸出國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的DWG 圖形文件、SHP 地理信息文件以及制圖文件。

6 成果目錄

0.035 分辨率數(shù)據(jù)模型（DEM）；1：1000 數(shù)字正射影像圖(DOM)；1：1000數(shù)字線劃圖(DLG)。

7 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于某些困難的資料，粗差檢測(cè)可以采取靈活的方法，當(dāng)空中三角網(wǎng)的強(qiáng)度較弱時(shí)，例如由于影像質(zhì)量差、人工選點(diǎn)、公共連接點(diǎn)的多余觀測(cè)數(shù)量少、控制點(diǎn)的數(shù)量也相對(duì)較少，區(qū)域平差對(duì)任何一個(gè)點(diǎn)的誤差都很敏感，使得不能按照常規(guī)操作流程進(jìn)行粗差檢測(cè)和剔除粗差。可對(duì)殘余誤差較大的定向點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，即每次平差將一個(gè)點(diǎn)作為檢查點(diǎn)。在最終平差時(shí)去掉粗差檢測(cè)，將殘余誤差在允許范圍內(nèi)的控制點(diǎn)全部作為定向點(diǎn)參加平差，而將超限的控制點(diǎn)作為檢查點(diǎn)。由于篇幅限制,筆者只做了粗略的探討,還有許多內(nèi)容沒(méi)有涉及到,在今后的學(xué)習(xí)工作中將繼續(xù)努力。