基于無人機(jī)航攝系統(tǒng)的航測大比例尺測圖方法研究

王勇 戴曉琴

（鄭州測繪學(xué)校，河南鄭州 450015）

基于無人機(jī)航攝系統(tǒng)的航測大比例尺測圖方法研究

王勇 戴曉琴

（鄭州測繪學(xué)校，河南鄭州 450015）

隨著無人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于無人機(jī)的航空攝影已被廣泛使用，為城市規(guī)劃、應(yīng)急測繪等提供了解決方案。利用無人機(jī)影像進(jìn)行航測1∶1 000、1∶2 000大比例尺地形圖的方法已經(jīng)比較成熟，但航測1∶500大比例尺地形圖的案例并不多?；诖?，研究基于無人機(jī)航攝系統(tǒng)的航測1∶500大比例尺地形圖的方法，取得了較好的效果。

無人機(jī)；航測；測圖；精度

近年來，無人機(jī)以其外形輕巧、起降成本低、獲取影像快速及時等優(yōu)點，在很多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在利用無人機(jī)快速獲取地面影像、進(jìn)行大比例尺航測測圖方面，很多專業(yè)人士進(jìn)行了嘗試并獲取了符合精度要求的地理空間數(shù)據(jù)［1，2］，但在進(jìn)行1∶500航測成圖方面，具體應(yīng)用實例并不多。本文以河南省新密市某測區(qū)1∶500航測成圖為例，驗證基于無人機(jī)的航測大比例尺測圖方法是否能夠達(dá)到1∶500地形圖的成圖精度要求。

1 基于無人機(jī)的航測大比例尺成圖方法

首先利用無人機(jī)航空攝影系統(tǒng)對項目區(qū)域進(jìn)行航空攝影，獲取本地區(qū)合格的無人機(jī)影像后進(jìn)行外業(yè)像片控制點測量，內(nèi)業(yè)通過空三加密，建立數(shù)字立體模型進(jìn)行地物的立體采集。同時，利用ALS60機(jī)載激光掃描系統(tǒng)獲取的點云數(shù)據(jù)（已有資料）經(jīng)手工精細(xì)分類生成等高線，提取高程點。利用點云數(shù)據(jù)來輔助生成等高線、提取高程點是本文的一個創(chuàng)新點，通過此方法來提高大比例尺測圖的高程精度，解決了以前常規(guī)方法中高程精度不達(dá)標(biāo)的問題。然后疊加地物數(shù)據(jù)，生成外業(yè)調(diào)繪底圖，經(jīng)實地調(diào)繪、修補測及檢測，內(nèi)業(yè)再利用編輯軟件平臺，以立體采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參照外業(yè)調(diào)繪成果對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，加注各類注記要素，進(jìn)行圖面整飾等，最后形成符合規(guī)范要求的數(shù)字化地形圖。

2 基于某測區(qū)的無人機(jī)航測大比例尺測圖實踐

2.1 航空攝影

本文對新密市某測區(qū)利用無人機(jī)航測大比例尺測圖方法進(jìn)行1∶500數(shù)字化測圖實踐研究。采用DM-150無人機(jī)，攝影傳感器采用索尼A7R全畫幅CMOS相機(jī)，無人機(jī)飛控導(dǎo)航系統(tǒng)采用DMCK-3型（UP30）進(jìn)行航攝作業(yè)，焦距35mm，航向重疊一般應(yīng)為60%～80%，最小不得小于53%。旁向重疊一般應(yīng)為15%～60%，最小不得小于8%。航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線應(yīng)不少于2條基線。旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界一般不少于像幅的50%，最少不少于像幅的30%。

2.2 控制點測量

以河南省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)（HeNCORS）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測定像控點，局部信號不穩(wěn)定地區(qū)采用已知C、D級GPS點架設(shè)基站，利用單基準(zhǔn)站RTK技術(shù)進(jìn)行像控點的測量。

2.3 空三加密

本文采用INPHO系統(tǒng)的MATCH-AT模塊對測區(qū)進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)平差，獲取高精度的定向點及外方位元素，為建立測區(qū)模型及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集提供準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。空中三角測量加密控制點的平面、高程中誤差，以及區(qū)域網(wǎng)平差計算結(jié)束后基本定向點殘差、多余控制點不符值、公共點較差等有關(guān)精度指標(biāo)，應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定。

2.4 等高線、高程點提取

利用軟件Microstation V8的TerraSolid模塊，在機(jī)載LiDAR預(yù)處理數(shù)據(jù)（自動分類的成果）基礎(chǔ)上，參照粗略正射影像數(shù)據(jù)進(jìn)行手動分類濾波，以獲取的高精度地面點云數(shù)據(jù)提取高程點，生成等高線。對地形復(fù)雜、植被茂密地區(qū)，當(dāng)點云數(shù)據(jù)不能正確表示地貌形態(tài)的，需要外業(yè)實測、補測高程信息及等高線，但要注意與點云數(shù)據(jù)生成的等高線接邊。

2.5 數(shù)字立體模型建立、采集

利用航天遠(yuǎn)景MapMatrix軟件進(jìn)行立體測圖。原則上采用空三導(dǎo)入的方法建立數(shù)字立體模型。經(jīng)試驗驗證，在導(dǎo)入外方位元素時，注意編輯外方位元素的KAP?PA角，讓KAPPA角加π?？杖龑?dǎo)入后必須對各種定向進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時找出原因，否則不能進(jìn)入下道工序作業(yè)。

立體數(shù)據(jù)采集的基本要求：①在立體模型下，對利用LiDAR地面點云數(shù)據(jù)提取的等高線、高程點等地貌要素進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)不合理的地方進(jìn)行改正；②在保證測圖精度的前提下，注意圖面美觀；③與已有地形圖數(shù)據(jù)接邊，對密州大道以東已有地形圖范圍進(jìn)行更新測繪，其余的與已有地形圖數(shù)據(jù)接邊時，若接邊的圖幅為非滿幅且要素變化較大，應(yīng)對本幅已有地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行更新測繪，否則只對其接邊；④立體測圖原則上由內(nèi)業(yè)定位、外業(yè)定性；⑤當(dāng)?shù)匚镙喞糠终谏w時，應(yīng)準(zhǔn)確地測出可見部分，若地物影像立體不明顯或?qū)Φ匚镂恢脹]有把握時，要標(biāo)注記號或在圖廓線外圖幅空白處予以說明，留待外業(yè)補測處理，并要充分利用像片影像信息，盡量為下一道工序提供準(zhǔn)確、可靠、完整的數(shù)據(jù)，標(biāo)注記號要盡量做到準(zhǔn)確無誤，為外業(yè)用圖提供最大的方便；⑥每一個像對的測繪面積原則上不得超過基本控制點邊線外1cm，圖幅及像對必須在測圖儀上完成接邊；⑦數(shù)據(jù)采集以圖幅為單位進(jìn)行，每幅圖存放一個文件；⑧采集后的數(shù)據(jù)要進(jìn)行100%的自查或互查以及100%的檢查驗收，成果合格后將圖幅符號數(shù)據(jù)回放到圖紙上（注明測圖員、檢查員），檢查回放圖紙確認(rèn)無誤后方可提供給外業(yè)調(diào)繪；⑨提交測圖母線數(shù)據(jù)供編輯使用，成果提交時要注意最終成果的唯一性、文件命名的統(tǒng)一性和文件格式的一致性。

2.6 外業(yè)調(diào)繪和補測

外業(yè)調(diào)繪在回放圖紙上進(jìn)行，外業(yè)調(diào)繪的工作主要是定性補調(diào)，對圖面上的地物以及地物間的關(guān)系給予正確的解釋，外業(yè)調(diào)繪內(nèi)容統(tǒng)一用寬度小于0.2mm的線條清楚地標(biāo)繪在回放圖上，供內(nèi)業(yè)編輯時使用。對內(nèi)業(yè)測漏和新增地物、地貌，應(yīng)補調(diào)、補測，補測時間截至實際調(diào)繪日期。通常新增地物均應(yīng)采用全解析法進(jìn)行實地測量；個別零星的新增地物可采用不少于3個已知地物點交會一個未知地物點的距離交會法和平行或垂直截距法實地補測。補測時必須保證成圖精度，并與周邊地物、地貌的關(guān)系協(xié)調(diào)合理。新增地物的補測截止日期以調(diào)繪時間為準(zhǔn)。

2.7 數(shù)據(jù)編輯

利用清華山維EPS 2012采編一體化軟件平臺，以立體采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參照外業(yè)調(diào)繪成果進(jìn)行1∶500比例尺數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)的編輯，加注各類注記要素，進(jìn)行圖面整飾等，保證成果在數(shù)據(jù)表達(dá)方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上符合數(shù)字新密技術(shù)設(shè)計要求，最后形成符合規(guī)范要求的數(shù)字化地形圖。

3 綜合分析

通過對新密市某測區(qū)1∶500大比例尺測圖的成果按照國標(biāo)規(guī)范進(jìn)行了精度分析，完全符合GB/T17278-2009《數(shù)字地形圖產(chǎn)品基本要求》、GB/T17941-2008《數(shù)字測繪成果質(zhì)量要求》等規(guī)定的要求，可以按照本文的方法進(jìn)行基于無人機(jī)遙感平臺的航測大比例尺測圖生產(chǎn)。本文提出的基于點云數(shù)據(jù)提取高程點、生成等高線的方法，是提高1∶500數(shù)字化測圖高程精度的關(guān)鍵所在，彌補了常規(guī)方法中高程精度不足的問題。

綜上所述，無人機(jī)數(shù)字航攝系統(tǒng)具有輕便、快捷、靈活機(jī)動等特點，而且具有抗一定風(fēng)級的能力?；谝陨蟽?yōu)點，無人機(jī)航測為地理空間數(shù)據(jù)的快速實時獲取與更新奠定了基礎(chǔ)，特別適用于小范圍大比例尺的遙感應(yīng)急救災(zāi)快速響應(yīng)。同時，無人機(jī)航攝系統(tǒng)也有明顯的局限性，對載荷的體積質(zhì)量、抗震性能有較高要求。另外，無人機(jī)數(shù)字航攝系統(tǒng)搭載的是普通數(shù)碼相機(jī)，導(dǎo)致立體像對有效測圖面積較小，一幅圖上可能需要涉及幾十個像對，且航測的高程精度不高，需要借助其他方法彌補高程精度不足。

［1］楊瑞奇，孫健，張勇，等.基于無人機(jī)數(shù)字航攝系統(tǒng)的快速測繪［J］.遙感信息，2010（3）：108-111.

［2］何敬，李永樹，徐京華，等.無人機(jī)影像制作大比例尺地形圖試驗分析［J］.測繪通報，2009（8）：29-32.

Research on the Aerial Large Scale Mapping Method Based on the UAV Aerial System

Wang Yong Dai Xiaoqin
（Surveying and Mapping School of Zhengzhou，Zhengzhou Henan 450015）

With the rapid development of technology,aerial photography based on unmanned aerial vehicle(UAV) has been widely used,which provides a solution for urban planning,emergency mapping and so on.The method of the aerial 1∶1 000,1∶2 000 large-scale topographic map using UAV has been relatively mature,but the case of the aerial 1∶500 large-scale topographic map is not much.Based on this,the aerial 1∶500 large-scale topographic map based on UAV was studied,and achieved good results.

unmanned aerial vehicles；aerial；mapping；precision

P231

：A

：1003-5168（2017）01-0025-02

2016-12-11

王勇（1979-），男，碩士，講師，研究方向：攝影測量與遙感圖像處理。