無人機航測技術在丘陵地區(qū)大比例尺測圖的應用研究

石小龍

(龍巖市勘察測繪大隊，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[2，3]是外業(yè)測量工作量大、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理復雜和周期長等；傳統(tǒng)攝影測量立體測圖的缺點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，采用立體測圖修補的方式，進行大比例尺地形圖測繪，最后通過實際項目證明該方法的可靠性、效率等方面都具有應用推廣價值。

2 項目區(qū)域

龍巖市某個鄉(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 技術方法

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

4 技術融合

4.1 無人機航飛

采用四旋翼無人機搭載雙鏡頭傾斜攝影和復合翼無人機搭載單鏡頭傳統(tǒng)攝影兩種不同飛行平臺對測區(qū)進行航飛，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 像控點布設

本文介紹一種典型的像控點布設方案，充分考慮立體測圖與裸眼測圖對像控點布設的要求，后使用GPS-RTK進行實地測量18個平高點，60個檢查點。

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

圖1 傳統(tǒng)立體測圖像控點布設方案

傾斜攝影測量像控點布設方案：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)布點方式進行布設，本文綜合考慮ContextCapture傾斜建模軟件的空三加密時照片處理效率(多次測試 4 240萬像素的照片約1萬張時效率最高)，將測區(qū)劃分為3個區(qū)域，然后進行合并，每個區(qū)域均有8個控制點組成，如圖2所示。

圖2 傾斜攝影測量裸眼測圖像控點布設方案

融合像控點布設方案：傳統(tǒng)攝影測量像控點布設方案與傾斜攝影測量布設方案進行綜合優(yōu)化，重點優(yōu)化了傳統(tǒng)攝影測量像控點布設方案中的4～9號，同時均勻布設了60個精度檢查點，綜合布設方案如圖3所示。

圖3 綜合優(yōu)化布設設方案

4.3 制圖技術

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是目前實現(xiàn)這兩種技術最好的軟件，所以選擇它來進行內(nèi)業(yè)制圖處理。

戴洪寶[14]等研究表明傾斜攝影測量技術在高程測量方面精度很高，裸露地表上中誤差可達到 6.9 cm；趙喜春[15]研究表明傾斜攝影測量技術在平面測量方面精度很高，不用屋檐改正的情況下可應用在地籍測繪領域。丁濤等[16]研究表明傾斜攝影測量技術更是可以應用在大比例尺測圖項目中。本文鑒于多學者的研究，首先，對測區(qū)采用MapMatrix軟件用傾斜實景三維模型以裸眼測圖技術開展測區(qū)的房屋、水系、道路及高程點等地物的測繪工作，并對山體上裸露地表的高程點進行采集，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入MapMatrix中，恢復立體像對，導入內(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確判斷實際地表高度。綜合依據(jù)初稿成果中高程點，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)域逐個核實電桿、路燈等小型物體的補測及電桿的連線，完成內(nèi)業(yè)制圖的加工處理。

5 結果分析

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，進行采集其平面點和高程點進行精度分析，共采集平面點坐標500個，高程點坐標700個。

通過與線劃圖進行比對分析，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。

點位誤差分布統(tǒng)計 表2

5.2 周期分析

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

表3

從實景三維模型采用裸眼測圖技術完成房屋的繪制，減少了傳統(tǒng)攝影測量的屋檐改正補測等內(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 語

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