中圖分類號：V279 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）23-0169-04

Abstract：Thispaper explorestheapplicationofunmannedaerialvehicle （UAV）aerialphotographysystemin1：2O scale topographicmapping.ThesystemusesthePegasusD2Oohigh-precisionindustrialgrademultirotorunmannedaerialvehicle equippedwithanaerialsurveymodule（D-CAM2O）digitalcamera.Basedonsetingflightparametersandplanningflightroutes， itcompletesfeldmeasurementsinthesurveyareaandimportsthefielddataintothePegasusUnmannedAerialVehicle ManagerProfessionalEdition（MeasurementEdition）forprocessng.Onthebasisofimagedatafiltering，denoising，andspatial encryption，DOMandDEMweresequentiallycreated.ThecorectedDEMwasimportedintothe SouthemCASS mappingsoftware togeneratea1：2OOOscaletopographicmap.Theanalysisofmappingaccuracyshowsthatthemedianerorof thetopographic map is 0.17m in elevation and 0.39m in plane points，which meets the plane accuracy requirements of a 1：2 Ooo large-scale topographic map.

Keywords：UAVaerial photo system;large-scale topographic map;aerial trimetry;imagepreprocessing;accuracy

在使用無人機搭載高清數碼相機完成目標區域的航攝，配合專業的影像處理軟件將航攝影像轉化成大比例尺地形圖，不僅能夠顯著提高測繪精度和測繪效率，而且不受復雜地形的影響，適合多種作業條件。因此無人機航攝系統在工程測繪、地籍測量、災害評估等領域得到了廣泛應用。在應用無人機航攝系統開展大比例尺地形圖的測繪時，如何解決因為飛行姿態不穩定等原因導致的圖像畸變等問題尤為重要。除了合理設定無人機航攝參數外，還需要綜合采取濾波降噪、畸變校正、空三加密等處理措施，才能獲得精度符合要求的地形圖。

1 測區概況

擬建公路工程全長 14.8km ，沿線地形以低山、丘陵為主，海拔高度 1408～1452m ，屬于亞熱帶山區氣候，地表植被較為豐富，傳統測繪難度較大。為提高測繪效率與測繪精度，開展了基于無人機航空攝影系統的1：2000比例尺地形圖測繪工作。

2無人機航攝系統的硬件組成及參數設計

2.1 硬件選型

本次測繪任務使用的無人機航空攝影測量系統由4部分組成，各部分的硬件選型如下。

2.1.1 無人機

選擇飛馬D2000高精度工業級多旋翼無人機，測控半徑 5km ，最長續航時間 74min ，最遠航程 50km 最大飛行速度 20m/s ，懸停精度水平 1cm±1ppm 垂直2 ，搭載雙差分天線和毫米波雷達避障模塊，具有長續航、高效率、安全系數高等優點，完全滿足本次航測需要。

2.1.2 數字攝影系統

本次測繪中選用了航測模塊（D-CAM2000）索尼A6000數碼相機，質量僅有 285g ，快門速度 1/4000s 最大像素2430萬，最高分辨率 6000×4000 。

2.1.3 地面飛控系統

采用操作簡單、適配度高的飛馬無人機管家，支持航攝期間設定和更改飛行速度、高度等基本參數，在自動導航狀態下可設置航點與規劃航線，并根據無人機發回數據在UI界面實時顯示無人機的位置、航線、速度和姿態等信息，以便于操作人員全面掌握飛行狀況]。

2.1.4影像處理系統

采用飛馬無人機管家專業版（測量版）對無人機航空攝影所得的影像數據進行專業處理。該軟件操作界面簡單，支持同區域內照片的糾正、拼接等功能，提高了正射影像的精度。

2.2 航攝參數設計

為確保測繪任務順利完成，結合無人機及相機性能，以及大比例尺地形圖測繪需要，設定無人機參數。以航高 （H） 為例，可通過下式計算求得

，式中 ?f 為相機焦距， m 為比例尺的分母。對于比例尺為1：2000的地形圖， m 取2000；索尼A6000相機的焦距 25mm ，將數據代入上式后可以求得無人機航高H 值為 50m 。除了航高外，還需要設定旁向重疊度、航向重疊度以及基線長度等參數，見表1。

表1無人機參數設計表

3基于無人機航攝系統的地形圖測繪

在設計航線與參數后，使用無人機完成外業測量任務，然后將外業測量獲得的影像數據導入到飛馬無人機管家專業版（測量版）及ContextCaptureCenterMaster中進行處理，最終通過南方CASS成圖系統繪制得到1：2000比例尺地形圖。地形圖的測繪流程如圖1所示。

3.1 布設像控點

對于條狀測繪區域，沿著航向布設10條基線，沿著旁向布設4條基線。使用雙頻GPS接收機測繪確定像控點坐標，要求坐標的點位中誤差不超過 0.1m ，高程中誤差不超過 10% 等高距。在測區內共布設164個像控點，為提高測繪精度將像控點均勻分布在整個測區內，選點時滿足以下2個要求：其一是目標影像清晰，盡量將像控點布設在交角良好、高程起伏較小并且沒有陰影遮擋的地方。其二是優先考慮固定地物，如房屋頂角或拐角、路邊電線桿等。在確定像控點后，從每個像控點上至少拍攝3張像片（1張近照、2張遠照），用于表示刺點與周邊特征地物的相對位置關系。

圖1無人機影像的獲取與處理流程圖

3.2 影像預處理

由于無人機搭載的索尼A6000相機拍攝的影像，會受到航行姿態、空氣折射、光照強度等因素的影響，容易出現分辨率達不到使用要求或者影像內容發生畸變等問題，無法在后續的空中三角測量中直接使用，因此，在進行空三加密前需要對獲取的影像進行預處理，如噪聲去除、鏡頭畸變校正等。這里以噪聲去除為例，介紹影像預處理方法。噪聲（高斯噪聲、瑞麗噪聲等）本質上是一種隨機產生的錯誤信號，會對正常信號的分析帶來干擾。采用頻域濾波方法可以根據用戶需求有選擇性地調整頻率，保證有用的信號可以順利通過頻域并阻止其他信號通過。基于傅里葉變換的頻域濾波過程如圖2所示。

如圖2所示，首先對原始圖像 f（x，y） 進行傅里葉變換，變換公式如下

式中 ：f（x，y） 可以看作是一個大小為 M×N 的矩陣，F（u，v） 表示 f（x，y） 的傅里葉變換，e表示自然常數。原

始圖像經過變換后得到頻域圖像 F（u，v） ，再用濾波器H（u，v） 與 F（u，v） 相乘，改變頻域圖像的頻譜成分，并

進行傅里葉逆變換，將頻域圖像再切換為空域圖像，經過濾波后得到最終的圖像 g（x，y） 。

圖2圖像頻域濾波的基本流程圖

3.3 空中三角測量

空三測量的目的是通過重新求解相機成像時的位置和姿態，從而縮小重投影殘差、提高模型精度，其步驟可分為特征點提取、匹配、區域網平差3步。首先從無人機航攝并經過預處理后的像片中找出具有明顯特征的點，如顏色異于周邊區域的點或紋理劇烈變化的點。然后將2幅或多幅像片中相同的特征點關聯起來，保證同一特征點可以被不同像片拍到。最后參考特征點的匹配結果，重新調整無人機相機的位置與姿態，再次進行拍攝使特征點在三維空間中相交的誤差最小。在本次測繪任務中，使用無人機管家專業版（測量版）自帶的全自動空三軟件進行空三加密，將建好的航線列表導入到無人機管家專業版（測量版），系統根據該列表進行全測區自動匹配，并刪除粗差較大、多余的像點。在粗差全部剔除后進行光束法平差解算，全部結算后輸出空三加密結果4。

3.4 制作DEM和DOM

DEM（數字高程模型）的制作方式如下：利用空三加密成果，對無人機航攝所得的原始像片進行重采樣。利用無人機管家專業版（測量版）的自動匹配功能，匹配三維離散點后即可獲得拍攝區域的DSM（數字表面模型）。最后使用自動濾波技術處理DSM，可以獲得DEM。用無人機管家專業版（測量版）制作DEM，能夠避免現實地物（如水體、陰影）和人工地物（如電線桿、建筑物）的干擾，從而提高了DEM的精度。

DOM（數字正射影像）的制作方式如下：將準備好的高分辨率航空影像數據進行影像增強、勻光勻色、幾何校正等處理，從源頭上提高影像質量。然后使用特征匹配算法（如SURF算法、SIFT算法等）從每一幅影像中提取特征點，在2幅或多幅影像中匹配相同的特征點，達到影像配準對齊的效果。在配準基礎上進行影像拼接，減少重疊面積、提高拼接質量，初步得到DOM 。經過質量檢查和地面控制點校正后，得到質量符合測繪要求的DOM成果。DOM的制作流程如圖3所示。

圖3DOM制作流程圖

3.5 制作1：2000地形圖

在完成DOM校正的基礎上，將DOM拼接得到完成的測區地圖。啟動南方CASS成圖系統，將測區地圖導入該系統后進行制圖，將地形圖比例尺設定為1：2000，即可得到最終的地形圖。

3.6成圖精度分析

為了驗證成圖精度，使用GPS快速靜態方式獲取測區外業檢查點的坐標。從無人機航攝影像中隨機抽取4幅像片，共獲得18個檢查點，其中10個為特征點，用于地形圖的高程精度檢查;8個為地物點，用于地形圖的地物點位置檢查。高程誤差見表2。

計算表2中10個特征點的高程誤差平均值（Δh） ，并通過下式求得地形圖的高程中誤差

式中： n 為特征點個數。計算可得 M_h 的值為 0.17m_? 地物點位置檢查結果見表3，表中 dx 和 dy 分別表示水平、垂直坐標差， ds 表示點位誤差。

同理，將表3中的點位誤差 ds 帶入點位中誤差計算公式

可以求得點位中誤差 M_s 的值為 0.39m 。綜上，該地形圖的高程中誤差和點位中誤差均滿足1：2000比例尺地形圖的要求。

表2地形圖高程精度檢查統計表息量m

表3地形圖中地物點位置檢查統計表

4結束語

將無人機航攝系統應用到1：2000大比例尺地形圖測繪中，在外業測量中通過合理布置像控點、科學設定無人機航攝參數等方式，獲取了足夠豐富的外業數據。在內業處理中，使用無人機管家專業版（測量版）對外業影像數據進行降噪、校正等預處理，然后依次進行空三測量、制作DOM和DEM，最后根據DEM成果繪制地形圖。經過精度校驗后，確定繪制的1：2000比例尺地形圖的平面精度符合要求，為后續開展公路工程建設提供了依據

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