無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

馬海政 ,李旺平，強(qiáng)德霞

（1.甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院，甘肅 白銀 730900；2.蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050；3.甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

無(wú)人機(jī)航空攝影現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于大比例地形圖測(cè)繪、文物修復(fù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)、災(zāi)害區(qū)域分析和自然資源管理等領(lǐng)域[1]。其數(shù)字產(chǎn)品地表分辨率可以滿足較高精度的工作需求，但在大比例尺成圖中，存在高程及其他精度無(wú)法滿足建設(shè)要求的缺點(diǎn)，提高無(wú)人機(jī)航測(cè)成圖高程精度是亟待解決的問(wèn)題。

1 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)航攝平臺(tái)由無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、遙感通信傳感器系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分系統(tǒng)和地面站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成[2]。無(wú)人機(jī)具有體積小、重量輕、便于攜帶、控制機(jī)操作系統(tǒng)安全高效，并且作業(yè)成本低、功能強(qiáng)大、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)[3]。但同時(shí)存在著一些缺陷，如拍攝的圖片有影像之間重疊不均勻，一些像片像幅過(guò)小，其次，重復(fù)影像數(shù)據(jù)量大，基線短，匹配特征重合度小，特征提取精度不夠等問(wèn)題[4]。

2 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)獲取

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)獲取主要流程為：選擇測(cè)區(qū)、調(diào)試無(wú)人機(jī)以及進(jìn)行航線的規(guī)，確定航向和飛行速度以及飛行時(shí)間的長(zhǎng)短，控制無(wú)人機(jī)沿所設(shè)航線進(jìn)行作業(yè)，飛機(jī)落地檢查，獲取需要的數(shù)據(jù)，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)后期處理[5]。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

由于相機(jī)及無(wú)人機(jī)自身影響，未經(jīng)處理和選擇的無(wú)人機(jī)相片畸變差比較大，無(wú)法直接用于空中三角測(cè)量及后期模型建立和數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)，數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要是通過(guò)提供的相機(jī)校檢報(bào)告參數(shù)和實(shí)際飛行參數(shù)的選擇來(lái)進(jìn)行畸變差改正。通過(guò)加載影像，對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行雙拼處理后，刪除航線外的多余影像，將POS 數(shù)據(jù)及控制點(diǎn)坐標(biāo)的導(dǎo)入工程并保存，查看影像的整體情況并判斷飛行質(zhì)量，通過(guò)影像質(zhì)量數(shù)據(jù)可對(duì)后期數(shù)據(jù)處理的可行性做出判斷，數(shù)據(jù)處理者判定是否需要進(jìn)行補(bǔ)飛。通過(guò)DPGrid軟件生成工程參數(shù)，檢查重疊度、DEM 間隔及所設(shè)置的等高距是否滿足要求。

3.2 進(jìn)行空三加密和模型的建立

根據(jù)連接點(diǎn)在航空攝影測(cè)量像片中的位置和少量地面控制點(diǎn)的像方坐標(biāo)及其物方坐標(biāo)，通過(guò)平差計(jì)算，求解影像的外方位元素和連接點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)[6]?？罩腥菧y(cè)量主要包括雙拼影像區(qū)域網(wǎng)平差和單獨(dú)影像的區(qū)域網(wǎng)平差，選擇均勻分布于航測(cè)區(qū)域的5～6 個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)行刺點(diǎn)平差，其他像控點(diǎn)可通過(guò)預(yù)測(cè)功能確定位置以達(dá)到快速測(cè)量的目的，平差方式選擇的是平差軟件XSFM，探測(cè)粗差并剔除，查看平差報(bào)告，采用WGS-84 坐標(biāo)系下的控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行平差，高程精度相對(duì)較低，轉(zhuǎn)換為中國(guó)2000 坐標(biāo)系，進(jìn)行二次平差，比對(duì)兩次平差精度。

3.3 產(chǎn)品生成

對(duì)空三模型基礎(chǔ)上加載點(diǎn)云后，匹配離散的像點(diǎn)后，生成DSM，在DP Grid 軟件中加載DEM 處理模塊，選擇DEM 密集匹配的方法，在DEM Matching界面選擇匹配方式為ETM 雙擴(kuò)展匹配，經(jīng)過(guò)自動(dòng)濾波得到DEM，由于實(shí)測(cè)地區(qū)地物的復(fù)雜性對(duì)DEM及人工建筑的影響，需要對(duì)DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)一步編輯，以提高生產(chǎn)的DOM 的精度。

在DLG 生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)立體采集，選擇編輯區(qū)域并導(dǎo)入的立體像對(duì)，在軟件提供的符號(hào)面板下，選擇正確符號(hào)，在模型上采集對(duì)應(yīng)的地物、地貌，可以在矢量窗口中顯示，一個(gè)模型完成后，繼續(xù)用其他模型采集地物、地貌，直至完成測(cè)區(qū)內(nèi)所有規(guī)定的地物、地貌的采集；在菜單欄上選中文件，將DLG 成果保存。核查比例尺數(shù)值，輸出方式不選擇結(jié)合圖表選項(xiàng)，設(shè)置圖幅信息，完成DLG 圖廓，整飾后輸出。

圖1 DOM 生成圖

圖2 DLG 生成圖

4 精度評(píng)價(jià)

表1 為像控點(diǎn)初始坐標(biāo)，表2 中平差時(shí)采用的是WGS-84 坐標(biāo)系下測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，查閱大比例尺地形圖測(cè)繪相關(guān)規(guī)范，預(yù)先將誤差最大值設(shè)為2cm?？梢钥闯龈叱叹日`差較大，最小誤差0.016cm，最大誤差接近2.670cm，超出最大誤差。將WGS-84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為中國(guó)2000 城市坐標(biāo)，平差后得到表3 呈現(xiàn)的平差結(jié)果，最大高程誤差0.087cm，最小為0.001cm,該高程精度完全滿足大比例尺測(cè)圖規(guī)范要求，故在制作城市地區(qū)大比例尺地形圖時(shí)一般選擇相對(duì)應(yīng)的城市坐標(biāo)系，以提高繪圖精度。

表1 原始坐標(biāo)

表2 WGS-84 坐標(biāo)精度評(píng)定結(jié)果

表3中國(guó)2000 坐標(biāo)系精度評(píng)定結(jié)果

5 結(jié)論

論文主要闡述無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件處理制作大比例尺地形圖。發(fā)現(xiàn)在與無(wú)人機(jī)相匹配的數(shù)據(jù)處理軟件不能滿足詳細(xì)高精度地形地物分類的要求及在地形復(fù)雜、地物遮擋嚴(yán)重時(shí)，獲取高精度大比例尺數(shù)字線化圖比較困難等缺點(diǎn)；其次，在進(jìn)行人機(jī)交互編輯時(shí)，高程點(diǎn)的編輯影響4D 產(chǎn)品的質(zhì)量，沒有詳細(xì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在制圖編輯過(guò)程中，摻雜人為因素較多，制圖標(biāo)準(zhǔn)誤差因人而異。