低空攝影測量技術在大比例尺地形圖中的應用

孫訓斌，蔡 威，李 楊

(1.宿遷市公路事業發展中心，江蘇 宿遷 223800;2.江蘇省基礎地理信息中心，江蘇 南京 210013)

數字航空攝影測量技術是一種新型的測量方法，一般要先搭建無人機傾斜攝影平臺，配合空三建模軟件和三維立體測圖軟件等其他軟件進行使用。該技術具有機動靈活、快速高效、精細準確、作業成本低、適用范圍廣、生產周期短等優點。本文以徐州新沂市地形圖更新項目為例，介紹了如何利用數字航空攝影測量技術進行1∶1 000大比例尺地形圖的測制。

1 無人機傾斜攝影測量系統

1.1 無人機傾斜攝影平臺

無人機飛行平臺采用的是CW-15垂直起降固定翼無人機傾斜攝影平臺，該平臺采用固定翼結合四旋翼的復合翼布局形式，以簡單可靠的方式解決了固定翼無人機垂直起降的難題，兼具固定翼無人機航時長、速度高、距離遠的優點和旋翼無人機垂直起降的功能[1-2]。專門針對大鵬系列無人機研發的工業級飛控與導航系統能夠保證無人機全程自主飛行，無需操作人員干預完成巡航、飛行狀態轉換、垂直起降等飛行階段。無人機傾斜攝影平臺的詳細參數如表1所示。

表1 CW-15垂直起降固定翼無人機參數

1.2 空三建模軟件

本文研究中的影像數據處理軟件采用的是Pix4d Mapper無人機數據與航空圖像處理軟件，空三建模軟件采用的是Inpho攝影測量系統的MATCH-AT全自動空三加密和平差軟件模塊。Inpho是攝影測量行業內較為領先的攝影測量系統，其MATCH-AT全自動空三加密和平差模塊具有高精度、高效率、高度自動化的特點。處理過程基本實現完全自動化，需要人工設置和干預較少，極大減少了人工引起的誤差。在完成空三加密后就可以進行三維模型建立。

1.3 立體測圖軟件

本文研究中立體測圖軟件采用的是清華山維公司EPS2016軟件，EPS提供了與Inpho系統的數據接口，可以直接調用MATCH-AT的空三加密成果。將所需的空三加密成果、航攝影像、本底數據及測區范圍導入到EPS全數字攝影測量工作站進行立體測圖，根據航空攝影測量的內業規范以及圖式要求完成測區內地物、地貌要素的采集。

2 外業調繪與數據檢測

對立體測圖采集的DLG要素進行實地調繪、修改和補測，對內業采集的DLG數據進行實地精度的檢測[3]。調繪采用的是將立測數據回放成1∶1 000比例尺DLG工作底圖，由作業人員進行實地核查。數據檢測采用的是GNSS-RTK測量與全站儀測量相結合的方式。

3 實例應用

3.1 測區概況

本實驗所選的測區位于江蘇省徐州市新沂市主要城市建成區，地勢平坦，測區面積67.81 km2。利用CW-15垂直起降固定翼無人機根據測區地形、地貌的特點，進行航攝線路的布設，并在測區范圍內布設一定數量的野外控制點用于像片控制和成果質量檢查，再將采集到的原始影像、相機檢校、航飛數據等進行差分POS解算、影像匹配、空三加密、立體測圖、外業調繪[4]，最終實現測區1∶1 000大比例尺地形圖測制方法。詳細技術路線如圖1所示。

本文研究中坐標系統采用CGCS2000國家大地坐標系，高斯克呂格，中央子午線117°，高程系統采用1985國家高程基準。

3.2 航空攝影

由于受測區范圍、地形起伏、機載能源的限制等，需要多個架次才能滿足任務的需要，因此需要對測區進行航攝分區。航攝分區需綜合測區地形和范圍、影像重疊度、地面分辨率、相機參數等因素，在分區過程中由于重疊度、分辨率、相機參數等一般都是固定不變的，所以航攝分區主要是考慮測區形狀、地形因素的影響。

項目實施過程中，按照如下原則進行航攝分區：

1)航攝分區劃分盡量規則，一般呈矩形為最優，方便后期像控點的布設[5]。

2)分區界線的長邊方向應與航向的方向一致。

3)相鄰分區應有重疊。

4)分區的總范圍比測區實際范圍要大，保證對整個測區全部覆蓋。

5)航攝分區的范圍大小適中，無人機起降點距離分區最遠點的距離不超過無人機通訊系統允許的最遠距離。

航向重疊度達到80%，旁向重疊度達到了70%。航攝分區圖如圖2所示。

3.3 像片控制

像控點按照能夠完全覆蓋整個測區，上下布設到測區范圍之外，像控點應布設到空曠無遮擋的地方，可以采用地面噴繪油漆作為測量標志。像控點的測量利用GNSS-RTK測量方法，并現場制作點之記以供內業進行刺點進行空三加密使用。像控點布設情況如圖3所示。

3.4 解析空中三角測量

空三加密使用Inpho攝影測量系統的MATCH-AT全自動空三加密和平差模塊完成。首先用專門的無人機影像處理軟件(Pix4D,Inpho的無人機模塊等)先計算出影像相對精確的外方位元素和影像畸變參數，并通過去畸變軟件去除影像畸變，然后再通過精密的大飛機空三加密模塊進行空三加密(見圖4)。

3.5 DLG生產

在立體環境下，根據1∶1 000地形圖航空攝影測量內業規范以及地形圖圖式要求進行地物、地貌的采集。采集完成后安排專門的技術人員進行實地調繪、修補測等工作[6]。最終根據EPS-CASS要素和代碼對稱表，導出dwg格式文件，從而獲得最終的地形圖成果(見圖5)。

3.6 精度檢測

在經過外業人員的調繪和編輯、整飾后，即為最終的地形圖數據。在出圖前，還要進行最重要的一步，即地形圖精度檢測，包括平面精度檢測、高程精度檢測。測區共67.81 km2，總體的變化量約21.52 km2，根據《測繪成果質量檢查與驗收》，由江蘇省測繪產品質量監督檢驗站進行測繪產品的檢驗。質監站對變化區域分6個區域隨機抽取樣本26幅，針對這26幅進行詳細的圖面檢查、平面精度檢測、高程精度檢測，經檢驗，精度均滿足1∶1 000地形圖產品要求(見表2～表4)。

表2 絕對精度統計表

表3 相對精度統計表

表4 高程精度統計表

3.7 應用分析

無人機傾斜攝影測量具有高效、智能、專業快速進行數據采集的特點，且精度足以滿足1∶1 000比例尺地形圖精度要求。工作時只需將地面影像照片傳送到從事測繪工作的技術人員進行分析和處理，即可以編輯成需要的測繪產品，極大地提高了工作效率，減輕了測繪工作者的工作量[7]。

4 結論

基于本測區地形圖項目，說明數字航空攝影測量技術可以用于生產1∶1 000大比例尺地形圖，且適用于多種復雜的地形地貌。相比于傳統的測量技術，有著高效、自動、智能、節源等諸多優點，可以大范圍推廣使用。