無人機(jī)低空攝影在地形圖測繪中的應(yīng)用及精度分析

李玉成，鄒曉列

（山東省淄博市水利勘測設(shè)計(jì)院，255020，淄博）

水利信息化

無人機(jī)低空攝影在地形圖測繪中的應(yīng)用及精度分析

李玉成，鄒曉列

（山東省淄博市水利勘測設(shè)計(jì)院，255020，淄博）

針對利用UX5無人機(jī)進(jìn)行低空攝影測量，獲取數(shù)字線劃圖（DLG）的過程進(jìn)行描述，通過對實(shí)際無人機(jī)影像數(shù)據(jù)的處理，將空三測量精度與SDCORS、GPS－RTK實(shí)地檢測精度進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了無人機(jī)低空攝影測量能夠滿足1∶1000地形圖測繪的精度要求，為今后同類測量項(xiàng)目提供參考和借鑒。

無人機(jī)；低空攝影測量；DLG；精度

當(dāng)前，我國各領(lǐng)域數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程加快。動態(tài)監(jiān)測土地利用變化情況，建立定期更新的地理數(shù)據(jù)庫，以及繪制各類最新時相的專題圖都是迫切需要解決的問題。作為空間信息技術(shù)體系的兩大分支之一，航空攝影測量技術(shù)也得到相應(yīng)的重視。但由于傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)對天氣條件和機(jī)場有較大的依賴性，成本相對較高，航攝周期較長，限制了數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用。

無人機(jī)低空攝影測量具有高清晰、大比例尺、小面積、高現(xiàn)勢性的優(yōu)點(diǎn),是普通航空攝影與衛(wèi)星遙感不可或缺的補(bǔ)充。無人機(jī)攝影測量可為大比例尺影像地圖生產(chǎn)、重點(diǎn)地區(qū)正射影像制作、高精度DEM格網(wǎng)和DLG產(chǎn)品提供高分辨率清晰影像數(shù)據(jù)源，為城市河流監(jiān)測提供有效的測繪保障。一方面無人機(jī)可以快速、高效地獲取高精度低空影像，使測繪成果更具現(xiàn)勢性，另一方面經(jīng)過處理后的高精度影像可以廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、城市變形監(jiān)測、重大工程項(xiàng)目、應(yīng)急救災(zāi)、國土資源遙感監(jiān)測、資源開發(fā)、新農(nóng)村和小城鎮(zhèn)建設(shè)，對促進(jìn)測繪行業(yè)乃至國民建設(shè)具有重要作用。

一、基于無人機(jī)低空攝影的地形圖測繪生產(chǎn)流程

①布置像控點(diǎn)。收集測區(qū)范圍的地形資料和航攝資料，包括測區(qū)基本用圖（1∶10000、1∶50000地形圖），測區(qū)范圍已有控制點(diǎn)成果（平面控制點(diǎn)和高程控制點(diǎn)），點(diǎn)之記等，并依此確定布設(shè)方案。

②影像預(yù)處理。利用相機(jī)檢定參數(shù)，通過Correct軟件進(jìn)行影像畸變糾正，然后利用UASmaster軟件建立工程文件、構(gòu)建影像金字塔、勻光勻色等基本處理。

③空中三角測量，也叫空三加密。在已有外業(yè)控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，為滿足內(nèi)業(yè)測圖的需要而進(jìn)行的室內(nèi)增測平面和高程控制點(diǎn)的工作?？罩腥菧y量需要采用VirtuoZo和自動空三測量加密軟件完成，采用自動選點(diǎn)方式，提高誤差檢錯能力，降低構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)的誤差，提高加密精度。自動選點(diǎn)方法需要經(jīng)過兩個步驟：航片格式轉(zhuǎn)換等準(zhǔn)備工作和加密測量工作。對轉(zhuǎn)換格式后的文件進(jìn)行加密點(diǎn)坐標(biāo)測量、檢查加密點(diǎn)中誤差等工作。最后進(jìn)行加密成果整理工作，整理輸出加密成果表，按照圖幅編制要求編制具體展開圖。

④數(shù)字化測圖。需要定向和地形圖采集兩個步驟。相對定向的測量誤差需小于0.008 mm，絕對定向誤差需小于加密點(diǎn)中誤差的0.75倍，待相關(guān)定向誤差滿足精度要求后再進(jìn)行具體的測圖。測區(qū)內(nèi)的地貌環(huán)境和全部地物需要在地形圖中體現(xiàn)。地形圖測繪需要準(zhǔn)確移動，在變化較緩的地形處需要加測首曲線，同時交代所測等高線。內(nèi)業(yè)測量時要認(rèn)真核對地形環(huán)境等與立體像是否一致，并仔細(xì)檢查和對比外業(yè)調(diào)繪片。圖像經(jīng)Import_Inpho轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入至VirtuoZo2014全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)中進(jìn)行立體量測、編輯，形成最終成果——線劃地形圖（DLG）。

⑤編輯地形圖。地形圖的最終編輯過程要以測量工作站所采集的數(shù)據(jù)資料為依據(jù)，按照格式要求進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和編輯工作，并使用正規(guī)的符號來替代調(diào)繪片中的簡化符號。

二、實(shí)驗(yàn)與分析

1.實(shí)驗(yàn)背景

對淄博市淄河其中一段河道進(jìn)行低空攝影測量，無人機(jī)采用天寶UX5，相機(jī)為SONY ɑ5100，福倫達(dá)15/ 4.5 Super Wide Heliar定焦鏡頭。航高200 m，影像分辨率為6.5 cm，航向重疊為85%，旁向重疊為80%，共3個架次，有效飛行面積5.1 km2，野外布設(shè)相控點(diǎn)23個，成圖3.7 km2，比例尺為1∶1000。對每個架次影像數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)的處理。

2.精度統(tǒng)計(jì)與分析

①空三測量精度。本項(xiàng)目采用軟件UASmaster進(jìn)行解析空中三角測量并給出報告。23個相控點(diǎn)中最弱點(diǎn)平面位置殘差為±0.046 m，高程殘差為±0.203 m，其精度滿足低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范中空三測量精度要求。

表1 實(shí)測地物特征點(diǎn)數(shù)據(jù)與圖上數(shù)據(jù)比較統(tǒng)計(jì)

②空三測量精度與實(shí)地檢測精度的比較分析。立體量測并編輯成圖后，采用SDCORS、GPS－RTK對其進(jìn)行了同精度實(shí)地檢測。實(shí)測地物特征點(diǎn)60個，檢測數(shù)據(jù)與圖上數(shù)據(jù)見表1。

表1可以看出：檢測點(diǎn)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差m=±0.125 m,本測區(qū)檢測點(diǎn)平面點(diǎn)點(diǎn)位中誤差m=±0.079 m，滿足低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范對平面位置精度要求。實(shí)測高程點(diǎn)66個，與圖上高程注記點(diǎn)進(jìn)行比較，結(jié)果見表2。

表2可以看出：實(shí)測與圖上注記點(diǎn)的高程較差最大為-0.28 m。誤差分布情況如下：0<Δ≤±0.1 m的有 33個，占檢測總數(shù)50%；±0.1 m<Δ≤±0.2m的有19個，占檢測總數(shù)29%；±0.2 m<Δ≤±0.28 m的有14個，占檢測總數(shù)21%(Δ為實(shí)測高程與圖上注記高程的較差)。用全部檢測點(diǎn)求得高程較差中誤差為±0.146 m，滿足低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范對高程精度的要求。

表2 實(shí)測高程點(diǎn)與圖上高程注記點(diǎn)比較統(tǒng)計(jì)

三、結(jié)論

無人機(jī)攝影測量在本次實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了良好的結(jié)果精度，滿足本次生產(chǎn)實(shí)踐的要求。無人機(jī)具有機(jī)動、靈活、安活、安全、影像分辨率高、周期短、精度高、效率高、成本相對較低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，特別是對居民地、廠礦企業(yè)區(qū)及測量人員難以涉足且條件比較惡劣的區(qū)域，既可直接獲取影像，又能保證測量精度，凸顯了無人機(jī)低空攝影測量的優(yōu)勢。 ■

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責(zé)任編輯 軒 瑋

Application of UAV photography measurement of low latitude in digital mapping and accuracy analysis

Li Yucheng;Zou Xiaolie

A description is made on process of using UX5 unmanned aerial vehicle for photography measurement of low latitude so as to get digital line graphic.Comparative analysis is conducted on accuracy of field detection of aerotriangulation with ShanDong Continuously Operating Reference Station System (SDCORS)and GPS Realtime kinematic(RTK).It is found that unmanned aerial vehicle for photography measurement of low latitude can satisfy the needs of 1：1000 topographic map surveying and mapping and can be applied to other similar projects.

unmanned aerial vehicles;photography measurement of low latitude;Digital Line Graphic;accuracy

TV+V556.52

B

1000-1123（2017）06-0050-03

2017-02-27

李玉成，高級工程師。