無人機(jī)航測技術(shù)在丘陵地區(qū)大比例尺測圖的應(yīng)用研究

石小龍

(龍巖市勘察測繪大隊(duì)，福建 龍巖 364000)

1 引 言

隨著國土空間規(guī)劃的全面鋪開，高精度大比例尺地形圖的獲取對時(shí)效性越來越高，目前主要采用全野外數(shù)字化測圖、傳統(tǒng)攝影測量立體測圖、傾斜攝影測量裸眼測圖方法等[1]。全野外數(shù)字化測圖方法缺點(diǎn)[2，3]是外業(yè)測量工作量大、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理復(fù)雜和周期長等；傳統(tǒng)攝影測量立體測圖的缺點(diǎn)是地形高程信息精度較差、成果精度難以控制[4]；傾斜攝影測量裸眼測圖的缺點(diǎn)是無法開展茂密森林的等高線繪制等。

本文以傾斜攝影裸眼采編成果為基礎(chǔ)，采用立體測圖修補(bǔ)的方式，進(jìn)行大比例尺地形圖測繪，最后通過實(shí)際項(xiàng)目證明該方法的可靠性、效率等方面都具有應(yīng)用推廣價(jià)值。

2 項(xiàng)目區(qū)域

龍巖市某個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在編制國土空間規(guī)劃需要 1∶1 000比例尺地形圖，該測區(qū)約 5 km2，呈規(guī)則矩形，平均海拔 320 m，高低差 110 m，四周均被山體包圍，測區(qū)有居民地、道路、水系、植被土質(zhì)、山體等多類型地物。

3 技術(shù)方法

無人機(jī)技術(shù)具有靈活性強(qiáng)、便捷性高等特點(diǎn)，常用于大比例尺地形圖測繪項(xiàng)目中，主要包括立體測圖、裸眼測圖技術(shù)。本文主要介紹這兩種技術(shù)的融合，從外業(yè)的航飛、像控點(diǎn)的布設(shè)及內(nèi)業(yè)制圖處理方面論述。

4 技術(shù)融合

4.1 無人機(jī)航飛

采用四旋翼無人機(jī)搭載雙鏡頭傾斜攝影和復(fù)合翼無人機(jī)搭載單鏡頭傳統(tǒng)攝影兩種不同飛行平臺對測區(qū)進(jìn)行航飛，分別獲取立體測圖及裸眼測圖需要的原始數(shù)據(jù)，兩套攝影測量平臺參數(shù)如表1所示。

攝影測量平臺參數(shù) 表1

4.2 像控點(diǎn)布設(shè)

本文介紹一種典型的像控點(diǎn)布設(shè)方案，充分考慮立體測圖與裸眼測圖對像控點(diǎn)布設(shè)的要求，后使用GPS-RTK進(jìn)行實(shí)地測量18個(gè)平高點(diǎn)，60個(gè)檢查點(diǎn)。

傳統(tǒng)攝影測量像控點(diǎn)布設(shè)方案：采用典型布設(shè)方案進(jìn)行布設(shè)[5]，區(qū)域周邊及中心線布設(shè)平高點(diǎn)，在區(qū)域邊緣，邊緣中間及區(qū)域中心位置布設(shè)形成12點(diǎn)，如圖1所示：

圖1 傳統(tǒng)立體測圖像控點(diǎn)布設(shè)方案

傾斜攝影測量像控點(diǎn)布設(shè)方案：周旺輝等[6]指出四周均勻加少量內(nèi)部控制的方法為最優(yōu)布點(diǎn)方式進(jìn)行布設(shè)，本文綜合考慮ContextCapture傾斜建模軟件的空三加密時(shí)照片處理效率(多次測試 4 240萬像素的照片約1萬張時(shí)效率最高)，將測區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域，然后進(jìn)行合并，每個(gè)區(qū)域均有8個(gè)控制點(diǎn)組成，如圖2所示。

圖2 傾斜攝影測量裸眼測圖像控點(diǎn)布設(shè)方案

融合像控點(diǎn)布設(shè)方案：傳統(tǒng)攝影測量像控點(diǎn)布設(shè)方案與傾斜攝影測量布設(shè)方案進(jìn)行綜合優(yōu)化，重點(diǎn)優(yōu)化了傳統(tǒng)攝影測量像控點(diǎn)布設(shè)方案中的4～9號，同時(shí)均勻布設(shè)了60個(gè)精度檢查點(diǎn)，綜合布設(shè)方案如圖3所示。

圖3 綜合優(yōu)化布設(shè)設(shè)方案

4.3 制圖技術(shù)

常用的內(nèi)業(yè)制圖軟件有CASS、IData、EPS、DP-Modeler和MapMatrix，綜合考慮既能開展傳統(tǒng)立體測圖工作，又可以完成傾斜攝影測量裸眼測圖工作，MapMatrix是目前實(shí)現(xiàn)這兩種技術(shù)最好的軟件，所以選擇它來進(jìn)行內(nèi)業(yè)制圖處理。

戴洪寶[14]等研究表明傾斜攝影測量技術(shù)在高程測量方面精度很高，裸露地表上中誤差可達(dá)到 6.9 cm；趙喜春[15]研究表明傾斜攝影測量技術(shù)在平面測量方面精度很高，不用屋檐改正的情況下可應(yīng)用在地籍測繪領(lǐng)域。丁濤等[16]研究表明傾斜攝影測量技術(shù)更是可以應(yīng)用在大比例尺測圖項(xiàng)目中。本文鑒于多學(xué)者的研究，首先，對測區(qū)采用MapMatrix軟件用傾斜實(shí)景三維模型以裸眼測圖技術(shù)開展測區(qū)的房屋、水系、道路及高程點(diǎn)等地物的測繪工作，并對山體上裸露地表的高程點(diǎn)進(jìn)行采集，完成內(nèi)業(yè)制圖的初稿成果。

其次，將Inpho完成的傳統(tǒng)攝影測量的空三工程文件導(dǎo)入MapMatrix中，恢復(fù)立體像對，導(dǎo)入內(nèi)業(yè)制圖初稿成果。因樹木等植被覆蓋影響，單靠立體測圖無法很準(zhǔn)確判斷實(shí)際地表高度。綜合依據(jù)初稿成果中高程點(diǎn)，在立體像對上完成等高線的繪制，更加保證了山體等高線的精度。

最后，在居民地等區(qū)域逐個(gè)核實(shí)電桿、路燈等小型物體的補(bǔ)測及電桿的連線，完成內(nèi)業(yè)制圖的加工處理。

5 結(jié)果分析

5.1 精度分析

采用GPS-RTK和全站儀在測區(qū)內(nèi)均勻選擇地物地貌，進(jìn)行采集其平面點(diǎn)和高程點(diǎn)進(jìn)行精度分析，共采集平面點(diǎn)坐標(biāo)500個(gè)，高程點(diǎn)坐標(biāo)700個(gè)。

通過與線劃圖進(jìn)行比對分析，平面中誤差 9.31 cm，高程中誤差 13.07 cm。根據(jù)《1∶500 1∶1000 1∶2 000外業(yè)數(shù)字測圖規(guī)程》(GBT 14912-2017)技術(shù)規(guī)定，在丘陵地區(qū)，對 1∶500比例尺地形圖的平面精度小于 0.30 m，高程精度小于 0.33 m，本測區(qū)成果可以滿足 1∶500比例尺地形圖的精度要求，如表2所示。

點(diǎn)位誤差分布統(tǒng)計(jì) 表2

5.2 周期分析

在3個(gè)作業(yè)組(2人一組)的情況下，將無人機(jī)立體測圖技術(shù)、傾斜攝影測量裸眼采編技術(shù)與傾斜攝影測量裸眼技術(shù)結(jié)合立體測圖技術(shù)的進(jìn)行周期上的比較，立體測圖技術(shù)效率最慢，主要外業(yè)工作包括建筑物、植被、高程信息的外業(yè)補(bǔ)測及調(diào)繪；裸眼測圖技術(shù)效率中等，主要外業(yè)工作主要是植被、山體、部分地物的補(bǔ)測及調(diào)繪；裸眼與立體測圖技術(shù)效率最高，主要外業(yè)工作是植被及部分地物的補(bǔ)測，具體如表3所示。

表3

從實(shí)景三維模型采用裸眼測圖技術(shù)完成房屋的繪制，減少了傳統(tǒng)攝影測量的屋檐改正補(bǔ)測等內(nèi)外業(yè)工作；傳統(tǒng)攝影測量等高線的繪制，在傾斜攝影測量裸露地表高程高精度控制下，解決了等高線無法繪制或精度差問題；傳統(tǒng)攝影測量的路燈、電桿等小型物體的可視性較好解決了實(shí)景三維模型的電桿、路燈等缺失問題，并完成電桿的內(nèi)業(yè)連線，減少大量內(nèi)外業(yè)工作。

6 結(jié) 語

本文通過介紹某個(gè)大比例尺地形圖測繪項(xiàng)目，詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)攝影測量立體測圖技術(shù)與攝影測量裸眼采編技術(shù)的融合方式，形成一種測量房屋、高程點(diǎn)、等高線、電桿、路燈等地物地貌有效的無人機(jī)航測技術(shù)。項(xiàng)目證明，在滿足精度前提下縮短了項(xiàng)目周期。尤其是在疫情下，應(yīng)減少大量外業(yè)時(shí)間。