無人機航空攝影測量技術(shù)在大比例尺地形圖測量中的應(yīng)用

胡黎霞　王建軍

摘 要∶ 無人機航空攝影測量技術(shù)具有機動靈活、操作簡便、快速響應(yīng)、成圖精度高、產(chǎn)品豐富等優(yōu)點，搭載最新的攝影測量系統(tǒng)，可以將影像的分辨率控制在0.05m～0.2m之間，進而可以滿足1∶1000比例尺地形圖測量規(guī)范的要求。本文簡要介紹了無人機航空攝影測量的技術(shù)路線和流程，并結(jié)合本院的生產(chǎn)實踐，給出了利用無人機進行某鎮(zhèn)區(qū)1∶1000地形圖測量的應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞∶ 控制測量； 立體像對； 空中三角測量； 精度

1. 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，急需相應(yīng)的測繪技術(shù)手段為其保障服務(wù)。在測繪小面積、大比例尺數(shù)字化地形圖時，傳統(tǒng)的測量方法是通過全站儀和GPS相結(jié)合的全野外數(shù)字作業(yè)方法，此種方式外業(yè)工作量大、工期長，已不能滿足測繪工作日益追求效率的要求。近年來，隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機攜帶航空攝影測量系統(tǒng)在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用越來越廣泛，其具有機動靈活、操作簡便、快速響應(yīng)、成圖精度高、產(chǎn)品豐富等優(yōu)點，由于搭載了最新的攝影測量系統(tǒng)，可以將影像的分辨率控制在0.05m～0.2m之間，進而可以滿足1∶1000大比例尺地形圖測量規(guī)范的要求。

2. 無人機航測技術(shù)概述

2.1 總體技術(shù)路線

無人機作為航空攝影平臺，以獲取高分辨率空間數(shù)據(jù)為應(yīng)用目標(biāo)，通過3S技術(shù)在系統(tǒng)中的集成應(yīng)用，達到實時觀測和空間數(shù)據(jù)快速處理能力。利用無人機能快速起飛的特點及其搭載的定位設(shè)備，獲取到穩(wěn)定、高清的原始數(shù)碼影像，以及照片拍攝點的空間位置、姿態(tài)信息，結(jié)合相機畸變參數(shù)，通過專業(yè)的空三軟件方便快速的做好匹配、平差、拼接等工作，最終生產(chǎn)出滿足1∶1000、1∶2000、1∶5000等各種比例尺的數(shù)字正攝影像圖DOM、數(shù)字高程模型DEM，若需要DLG線劃圖，則可以增加立體測圖環(huán)節(jié)，利用立體測圖軟件快速高效的直接生產(chǎn)出帶符號化的DLG，并可直接滿足入庫要求。

2.2 作業(yè)流程

圖1 無人機航空攝影測量作業(yè)流程

3. 應(yīng)用實例

3.1 項目概況

2016年7月，我院受委托承擔(dān)某鎮(zhèn)區(qū)1∶1000地形圖測繪任務(wù)，該測區(qū)位于寧波市西南丘陵地帶，平均海拔高度在150米左右，適合進行航空攝影測量。本次任務(wù)航攝面積約為35平方公里，航攝地面分辨率為15cm，主要測繪任務(wù)為航空攝影、空三加密、DEM、DOM、DLG生成。本項目采用寧波市獨立坐標(biāo)系作為平面坐標(biāo)系統(tǒng)，1985國家高程基準(zhǔn)作為高程基準(zhǔn)。

3.2 無人機航飛實施情況

本次任務(wù)采用南方“天巡”無人機執(zhí)飛，該無人機滿載續(xù)航時間可達70min，巡航時速75km/h，最大載重2.8kg，攜帶的航攝儀采用了2430萬像素的準(zhǔn)專業(yè)級SONYα數(shù)碼微單相機，配20mm定焦鏡頭。“天巡”無人機的飛行高度、飛行面積、地面分辨率與成圖比例尺如表1所示∶

本次飛行時間都選擇在風(fēng)向穩(wěn)定、風(fēng)速較小的中午時段進行，以確保航線彎曲度和航拍質(zhì)量，最終完成航飛面積約40平方公里，飛行43條航線，拍攝1153張航片。

3.3 像片控制測量

本次任務(wù)共飛行航線43條，測區(qū)內(nèi)布設(shè)像控點共計115個，像控點采用小木樁標(biāo)志。

3.3.1像控點的選刺∶在實地根據(jù)相關(guān)地物認真尋找影像同名地物點，經(jīng)確認無誤后，并在像片上相應(yīng)位置刺出點位，刺點誤差和刺孔直徑均不得大于0.1mm。

3.3.2像控點整飾∶在影像上對應(yīng)的控制點點位標(biāo)注點名或者點號，并在像片的背面或者專用筆記本上記錄關(guān)于刺點位置的詳細說明。

3.3.3像控點測量∶像控點的測量采用NBCORS網(wǎng)絡(luò)RTK進行觀測，平面控制點和平高控制點相對鄰近基本控制點的平面位置點位中誤差不超過圖上0.1mm；高程控制點和平高控制點相對鄰近控制點的高程中誤差不超過0.1m。

3.4 全數(shù)字空中三角測量

全數(shù)字空中三角測量采用南方空三軟件SouthUAV，通過該軟件進行控制點加密解算，獲取高精度的像對定向點。

3.4.1相對定向：相對定向標(biāo)準(zhǔn)點殘余上下視差限差不超過5u，檢查點殘余上下視差限差不超過8u，匹配點分布均勻，且點數(shù)不少于200個。

3.4.2絕對定向：基本定向點殘差、多余控制點不符值及區(qū)域網(wǎng)間公共點較差不超過規(guī)范規(guī)定。

3.5 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集利用南方立體測圖軟件iData航測版進行，直接導(dǎo)入加密成果建模，對模型進行相關(guān)匹配和編輯，生成數(shù)字高程模型（DEM）。對數(shù)字正射影像進行影像調(diào)色、影像拼接、影像切割生成數(shù)字正射影像圖（DOM），并利用該立體測圖軟件快速高效的直接生產(chǎn)出帶符號化的DLG，最終共完成123幅1∶1000大比例尺數(shù)字化地形圖。

3.6 成果質(zhì)量檢查驗收

本次無人機航測過程中我們同時進行了質(zhì)量檢查，其中實地檢測15幅，占所有圖幅的12%，野外巡視20幅，占所有圖幅的16.3%，最大平面誤差31.5cm，最小4.1cm，所有地物點點位中誤差都不大于規(guī)范規(guī)定的限差要求；最大高程誤差21.1cm，最小3.1cm，高程中誤差都不大于規(guī)范規(guī)定的限差要求。通過質(zhì)檢人員全面檢查與驗收，一致決定該測區(qū)所有圖幅產(chǎn)品全部合格，最終評定該無人機航測項目取得圓滿成功，質(zhì)量達到優(yōu)良，圖2所示為本測區(qū)1∶1000某一幅地形圖成果。

4 結(jié)束語

無人機航空攝影測量技術(shù)作為一種新型的遙感數(shù)據(jù)獲取手段，有著傳統(tǒng)測量方式無法相比的優(yōu)勢，實踐證明，此種作業(yè)方法在精度上已完全達到1∶1000測圖的要求。隨著無人機航測技術(shù)的發(fā)展與普及，地形圖的航測費用已經(jīng)接近甚至低于傳統(tǒng)方法，因此，無人機航空攝影測量技術(shù)具有巨大的應(yīng)用前景，必將得到迅速而廣泛的應(yīng)用。

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