基于無人機圖像的正射影像圖制作研究

摘要：航空攝影測量是當代快速獲取地理信息的重要技術手段，傳統的測量手段通過全站儀、水準儀、經緯儀以及全球定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS）等測量儀器獲取地理數據信息，但這些方式具有生產周期長、工作步驟繁瑣、受環境因素影響大、人員需求多、成本費用高等缺點。以貴陽市阿哈湖水庫區域測量為工程背景，探討了基于無人機航空攝影測量的正射影像圖制作，精度驗證表明，最大點位中誤差為0.563，平均點位中誤差為0.420，符合平地平面位置中誤差0.6m的精度要求。

關鍵詞：無人機遙感數字地形模型數字正射影像圖

中圖分類號：P237;TP751

ResearchontheProductionofOrthophotoMapsBasedonUVAImages

ZHOUGuiqiang

GuiyangSurveyingandMappingInstitute，GuiyangCity，GuizhouProvince，550081China

Abstract：AerialPhotogrammetryisanimportanttechnologicalmeansforquicklyobtaininggeographicinformationincontemporarytimes.Traditionalmeasurementmethodsobtaingeographicdatainformationthroughmeasuringinstrumentssuchastotalstations，levels，theodolites，andGlobalPositioningSystem（GPS）.However，thesemethodshavethedisadvantages&nbsiajDhM8C9zbS3BYQcTegFQ==p;oflongproductioncycles，cumbersomeworksteps，highenvironmentalfactors，highpersonneldemand，andhighcost.TakingthemeasurementoftheAhaLakeReservoirareainGuiyangCityastheengineeringbackground，thispaperexplorestheproductionoforthophotomapsbasedonunmannedaerialvehicle（UVA）aerialphotogrammetry.Theaccuracyverificationshowsthatthemaximumpointmeansquareerroris0.563，andtheaveragepointmeansquareerroris0.420，whichmeetstheprecisionrequirementof0.6minflatgroundposition.

KeyWords：UAV;Remotesensing;Digitalterrainmodel;Digitalorthophotomaps

近年來，全球導航衛星系統（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）、激光雷達以及無人機等現代測量設備發展迅速，促使地理空間信息數據的采集手段更加多樣化、高效，成本也更低[1]。其中，無人機（UnmannedAerialVehicle，UAV）作為高效靈活的新型遙感平臺，能夠搭載各種傳感器對目標地區采集高分辨率的數據，特別是對于車輛和人員無法直接到達的危險區域，可大大減少外業數據采集工作的成本，提高作業效率和作業的安全性[2]。

數字正射影像圖（DigitalOrthophotoMap，DOM），是將航攝相片或遙感影像（單/彩色）掃描處理后，經逐像元輻射改正、微分校正、鑲嵌，再按一定的圖幅裁切、圖廓整飾，生成以柵格數據形式存儲的影像數據。DOM具有地形圖的幾何精度和影像特征，相較于傳統的符號化地形圖，有著信息豐富、精度高、空間分辨率高、圖案特征真實直觀、現實性強等優點，從中可提取出自然信息和人文信息，并以此為基礎派生出新的產品和信息。DOM作為攝影測量的重要產品，被廣泛運用到各領域中。隨著技術發展，DOM在越來越多的領域都有很高的應用價值，在城市建設規劃、災害監測、生態變化監測、土地利用、海岸線保護、地理國情普查等領域中都發揮了重要作用[3]。

1測量區域與數據獲取

1.1測量區域

本次測量范圍涉及貴陽市阿哈湖水庫區域，總面積約112km2，位于北緯26.45°～26.58°，東經106.548°～106.68°之間。

1.2已有資料分析與利用

（1）項目區內國家C級控制網控制點4個（H093、H066、H086、H079），可以作為像控點起算聯測點。

（2）收集的已有全國30m格網通用數字高程模型（DigitalElevationModel，DEM），作測區航線規劃。

（3）近年來的2m分辨率衛星影像，作為航飛調控與像控布點的參考資料。

1.3無人機數據獲取

測量使用縱橫大鵬CW-30無人機，該機型為雙尾撐布局、后推式油動主要參數固定翼無人機，具有垂直起降、全自主飛行、航時長、速度快、載荷大、結構穩定、可靠性高等特點[4]。

根據本次航攝需要，為滿足1∶1000DOM制作精度，相機采用飛思相機IXU_RS1000，飛機飛行相對高度為580m，絕對航高為1740m，地面分辨率為5～7cm，航向重疊70%～81%，旁向重疊45%～64%。

1.4地面控制點（GroundControl Point，GCP）布局

此次航拍區域大，地形地勢起伏明顯，綜合考慮各種軟硬件條件因素，采用合并區域進行空三，據此在整個測區內合理進行像控布點與量測，獲取最終所需的坐標，提交航飛內業剌點。本次像控采集共計169個，分布情況如圖1所示。

2數據處理

數據流程如圖2所示。

2.1資料準備

在對任務范圍航拍之后，獲得初始格式為JPG影像和經緯度格式的相片高精度位置與姿態測量系統（PositionandOrientationSystem，POS）數據，以及收集的其他相關的資料。在進行空三處理之前，根據地形資料和飛行POS數據對空三加密區域進行統籌安排和預處理，綜合考慮各種影響因素，將各架次數據進行整理分類，對3個架次數據進行合并。然后據此對各個分測區原始影像進行格式轉換，畸變差糾正，金字塔處理。

對其他地形資料、影像資料和像控資料進行整理，坐標轉換。根據空三測區的劃分，對這些資料統籌安排。

2.2空三加密處理

根據像控資料以及航拍實際情況，對測區進行合理的劃分，為了保證后續拼接精度，分區之間必須要有足夠的重疊區和像控點位分布。逐一對各個分測區進行內定向、相對定向，建立測區內各個相片之間的連接，在自動匹配過程中，需要人工添加一些相片連接點，以增強相片之間的連接強度。

完成自動匹配，各個分測區的自由網就成功建立了，因而可以根據外業像控資料進行下一步的操作，即像控內業轉刺。將刺點過程劃分3個步驟：第一，對原始像控相片和刺點片進行對比，對兩者不一致或位置模糊的像控進行外業檢核并重新拍照和刺點；第二，內業刺點人員相互檢查刺點，對刺點位置不一致的測區和像控點位上交技術主管，待技術主管或外業人員確認后，返回內業確認或重刺；第三，設定像控限差，對測區進行區域網平差，對誤差超限的像控進行調整和確認，直至誤差滿足規范限差要求[5]。

內業轉刺完各個分測區所有像控點后，分別對各個分測區進行平差，輸出空三加密成果，同時統計各分測區定向點中誤差以及公共點定向中誤差。對于中誤差超限的分測區，逐步核查，各環節都檢查一遍，逐一分析引起中誤差超限的因素，并最終排除影響因素，使所有分測區的中誤差都在規范要求之內。

2.3DTM/DEM生成及編輯

空三加密完成后，就可以通過空三加密成果生成數字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）或點云，而DTM或點云是制作DOM必不可少的要素。根據分測區的地形地勢情況，選擇合適的DTM類型以達到正確反映實際地形的高精度的數字地形模型[6]。

根據測區的地貌實際情況，逐一對各個測區生成的DTM進行編輯，并把DTM編輯成果輸出，即獲得測區范圍的DEM成果，最終使得DOM正確反映當地實際情況。

2.4生成數字正射影像DOM

導入空三成果恢復立體模型，利用系統的自動匹配功能，生成高精度的數字表面模型（DigitalSurfaceModel，DSM），并設置參數進行保留山體、去除房屋、提取水域等，同時導入采集的特征點、線文件，對DSM進行修正得到反映地面特征的DTM數據。

對DTM進行編輯，輸出DEM成果，然后利用DEM成果對原始影像進行正射糾正，獲得單片正射糾正影像，通過鑲嵌軟件自動生成鑲嵌線，并疊合影像對鑲嵌線進行必要的編輯，使得其不切割人工建筑物或橋梁，然后對整個測區的模型正射影像進行無縫拼接，對測區DOM進行調色處理，之后按照項目技術要求進行1∶1000分幅裁切、圖廓整飾，形成標準分幅的DOM數據成果。

3精度評價

在測區范圍的均勻選取一定數量的、不同地形地貌條件下的明顯地物點，分別按外業控制點精度要求測量其實地坐標和DOM圖解坐標，獲取中誤差以對DOM影像質量進行評價，如表1所示，最大點位中誤差為0.563，平均點位中誤差為0.420，符合《基礎地理信息數字成果1∶5001∶10001∶2000數字正射影像圖》（CHT9008.3—2010）平地平面位置中誤差0.6m的精度要求。

4結語

以貴陽市阿哈湖水庫區域測量為工程背景，探討了基于無人機航空攝影測量的正射影像圖制作，精度驗證表明，最大點位中誤差為0.563，平均點位中誤差為0.420，《基礎地理信息數字成果1∶5001∶10001∶2000數字正射影像圖》（CHT9008.3—2010）平地平面位置中誤差0.6m的精度要求。

參考文獻

[1] 李紅林.ADS100影像數據制作DOM技術探討[J].經緯天地，2023（2）：80-83.

[2] 陳穎.基于無人機傾斜攝影的TDOM生產制作研究[J].測繪與空間地理信息，2022，45（8）：242-244.

[3] 王瑾.低空免像控無人機測制大比例尺DOM應用中關鍵技術研究[D].西安：長安大學，2021.

[4] 賀海明，楊溪浩，林用智，等.一種DSM提取及TDOM生產的新方法[J].西華師范大學學報（自然科學版），2022，43（2）：225-231.

[5] 呂海揚.基于車載LiDAR與無人機DOM構建智慧園林數據庫方法研究[D].連云港：江蘇海洋大學，2022.

[6] 王衛.垂直起降固定翼無人機航空攝影在TDOM制作中的應用[J].江西測繪，2020（4）：17-20.