無人機(jī)傾斜測量在1∶500地形圖測量中的應(yīng)用與分析

王志強(qiáng)

摘要：隨著測繪技術(shù)裝備的日新月異，測繪技術(shù)手段的不斷提高與創(chuàng)新升級(jí)，各種高精尖的數(shù)據(jù)獲取設(shè)備、數(shù)據(jù)處理軟件廣泛應(yīng)用于測繪生產(chǎn)，測繪行業(yè)的數(shù)據(jù)獲取能力和數(shù)據(jù)處理能力得到了極大的提高，生產(chǎn)速度有了翻天覆地的變化，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)得到飛速的發(fā)展。傾斜攝影測量技術(shù)具有運(yùn)行成本低、工作效率高、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低、分辨率高、靈活性以及遙感數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性等多種優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目采用無人機(jī)傾斜航空攝影（地面分辨率優(yōu)于1.5cm）、立體測圖方式，同時(shí)形成實(shí)景三維模型、1∶500數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像圖（DOM）等多種類數(shù)據(jù)成果。

關(guān)鍵詞：傾斜航空攝影測量? 實(shí)景三維模型? 1∶500地形圖? 炎陵縣

Application and Analysis of UAV Tilt Measurement in 1：500 Topographic Map Survey

——Based on the Yanling County Town Development Boundary

WANG Zhiqiang

（Hunan Province Second Institute of Surveying and Mapping， Changsha， Hunan Province， 410000 China）

Abstract： With the rapid surveying and mapping technology and equipment， surveying and mapping technology and innovation， various sophisticated data acquisition equipment， data processing software is widely used in surveying and mapping production， surveying and mapping industry data acquisition ability and data processing ability has been greatly improved， production speed has tremendous changes， UAV tilt phogrammetry technology has developed rapidly. Tilting photogrammetry technology has many advantages of low operation cost， high work efficiency， low operation risk， high resolution， flexibility， and the real-time nature of remote sensing data. This project adopts UAV inclined aerial photography （ground resolution better than 1.5cm） and three-dimensional mapping， and forms various data results such as real 3 D model， 1∶500 digital line drawing （DLG）， digital elevation model （DEM）， digital forward projection image （DOM）.

Key Words： Tilt aerogrammetry; Real 3 D model; 1∶500 topographic map; Yanling County

為更好地保障炎陵縣自然資源管理和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)需求，根據(jù)湖南省自然資源廳制定的《湖南省基礎(chǔ)測繪生產(chǎn)與更新工作方案》（湘自然資辦發(fā)〔2020）189號(hào)）和《關(guān)于加快推進(jìn)1∶500地形圖更新與匯交工作的通知決定》（湘自資辦發(fā)〔2021〕18號(hào)）文件精神，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)市州、縣市區(qū)城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)1∶500 地形圖實(shí)現(xiàn)年度更新與匯交，為炎陵縣后續(xù)用地審批、不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一確權(quán)登記、國土空間規(guī)劃等業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一的工作用底圖和地形圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過建立實(shí)景三維立體模型，為炎陵縣城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)提供更直觀立體三維影像支持，便于對(duì)今后城鎮(zhèn)開發(fā)區(qū)建設(shè)作出更準(zhǔn)確的分析與判斷。

1 工作范圍和工作內(nèi)容

1.1 工作范圍

根據(jù)炎陵縣自然資源局國土空間規(guī)劃股在項(xiàng)目立項(xiàng)前對(duì)炎陵縣城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的初步規(guī)劃，中心城區(qū)規(guī)劃開發(fā)區(qū)面積20.05km²。

1.2 工作內(nèi)容

（1）像控點(diǎn)控測量。

（2）炎陵縣城鎮(zhèn)開發(fā)邊界任務(wù)區(qū)傾斜攝影測量。

（3）建立實(shí)景三維立體模型（實(shí)景三維立體模型的基礎(chǔ)定位應(yīng)與1∶500數(shù)字線劃圖（DLG）基礎(chǔ)定位完全保持一致，地面分辨率應(yīng)優(yōu)于1.5cm）。

（4）炎陵縣1∶500數(shù)字化地形圖測量。

（5）炎陵縣1∶500數(shù)字線劃圖（DLG）及元數(shù)據(jù)制作。

（6）按照《湖南省1：500地形圖數(shù)據(jù)規(guī)范》建立炎陵縣級(jí)1∶500地形圖數(shù)據(jù)庫，并按省廳湘自然資辦發(fā)（2020）189號(hào)和湘自資辦發(fā)（2021）18號(hào)文件要求匯交成果數(shù)據(jù)。

2 成果的主要技術(shù)指標(biāo)和規(guī)格

2.1平面坐標(biāo)系統(tǒng)與高程系統(tǒng)

平面坐標(biāo)系統(tǒng)：采用2000國家大地坐標(biāo)系，高斯投影，3度分帶，中央子午線 114? 00，00〃。

高程系統(tǒng)：釆用1985國家高程基準(zhǔn)。

基本等高距：地形圖平地、丘陵地等高距為0.5m，山地、高山地為1.0m;每幅圖內(nèi)只允許采用一種基本等高距。

2.2精度指標(biāo)

2.2.1平面精度

（1）各等級(jí)控制點(diǎn)平面精度的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不大于±5cm。

（2）地形圖地物點(diǎn)平面精度指標(biāo)按表2要求執(zhí)行。

2.2.2高程精度

各等級(jí)控制點(diǎn)高程精度的最弱點(diǎn)高程中誤差不大于±2cm，像控點(diǎn)髙程中誤差不大于測圖基本的l/10等高距，高程注記點(diǎn)相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的高程中誤差不大于基本的1/3等高距，等髙線內(nèi)插高程點(diǎn)精度要求按表3執(zhí)行。

2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式

符號(hào)化地形圖數(shù)據(jù)釆用*.gwg格式（AutoCAD 2008版），同時(shí)提供塊圖和分幅圖。非符號(hào)化建庫數(shù)據(jù)（DLG）釆用*.gdb格式（ArcGISlO.l版），以炎陵縣（430225）城鎮(zhèn)開發(fā)邊界項(xiàng)目區(qū)構(gòu)成一個(gè)整體數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)在ArcGIS File GeoDatabase數(shù)據(jù)庫中。

3 技術(shù)方案和路線

采用傾斜攝影測量技術(shù)建立實(shí)景三維立體模型、裸眼三維立體測圖和全野外解析法數(shù)字化測圖兩種方法^[1]。以傾斜攝影測量技術(shù)建立三維立體模型、裸眼三維立體測圖為主要方法，對(duì)較多高樓或建筑物密集、地物遮擋嚴(yán)重的地區(qū)釆用全野外解析法數(shù)字測圖方法補(bǔ)充測圖為輔進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)^[2]。

傾斜攝影三維立體測圖主要包括像控測量、傾斜航空攝影、三維建模、裸眼三維立體測圖、調(diào)繪和上圖等步驟。釆用無人機(jī)以傾斜攝影的方式生成高精度實(shí)景三維模型，基于模型立體采集各類地形要素，釆用圖庫一體軟件進(jìn)行數(shù)字地形圖的編輯成圖，對(duì)于因地物遮擋造成實(shí)景三維模型局部變形、模糊而導(dǎo)致難以準(zhǔn)確采集要素的部分應(yīng)釆用全野外數(shù)字化測圖補(bǔ)測完整^[3]。

全野外解析法數(shù)字化測圖主要在實(shí)景三維模型因房屋、屋檐、樹木的遮擋而引起局部變形時(shí)來補(bǔ)充測繪相關(guān)的地形要素，內(nèi)容主要包括圖根控制測量、外業(yè)數(shù)據(jù)釆集、圖庫一體編輯等步驟。外業(yè)釆用全站儀和GNSSRTK進(jìn)行地形要素的釆集，內(nèi)業(yè)釆用圖庫一體軟件進(jìn)行數(shù)字地形圖的編輯成圖^[4]?？傮w技術(shù)路線如圖1所示。

4 軟硬件設(shè)備投入

無人機(jī)、三維測圖軟件、 GNSS GPS接收機(jī)、鋼卷尺、手持紅外激光測距儀、5秒級(jí)以上的全站儀、電腦、打印機(jī)等。

4.1無人機(jī)系統(tǒng)

無人機(jī)具有成本低、可靠性高、操作簡單、起飛與著陸場地點(diǎn)要求低、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，可滿足傾斜攝影測量與快速三維建模對(duì)數(shù)據(jù)獲取的要求。本項(xiàng)目采用飛馬D300L無人機(jī)^[5]。

4.2三維模型生產(chǎn)

三維模型生產(chǎn)與實(shí)景立體三維模型如圖3、圖4所示。

4.3三維測圖

三維測圖軟件使用航天遠(yuǎn)景的傾斜測圖模塊MM3D，在高精度三維模型的基礎(chǔ)上采集二維矢量信息。航測立測系統(tǒng)具有測繪信息化入庫能力，集采、編、庫、更新一體化多功能軟件^[6]。DLG采集與生產(chǎn)如圖5所示。

5 效率對(duì)比與精度分析

5.1效率對(duì)比

由表4內(nèi)的數(shù)據(jù)分析可以看出，在效率上無人機(jī)傾斜攝影測量作業(yè)模式比傳統(tǒng)測量作業(yè)模式在進(jìn)行“1∶500城鎮(zhèn)開發(fā)邊界地形圖”時(shí)效率更高，在相同測量任務(wù)的前提下，使用無人機(jī)傾斜攝影測量作業(yè)的人員數(shù)量能夠減少至少一半，生產(chǎn)周期縮短接近40%～50%左右^[7]。

5.2精度分析

實(shí)地對(duì)40個(gè)點(diǎn)像制點(diǎn)的平面及高程精度進(jìn)行了檢測，經(jīng)計(jì)算得出像控點(diǎn)的最大△S=0.046m，最大△H=0.064m，平面點(diǎn)位中誤差為0.023m，高程中誤差為 0.035m，滿足像控點(diǎn)精度≤±0.05m的要求，詳情見表5。對(duì)地形圖的平面、高程和地物點(diǎn)間距精度進(jìn)行了野外實(shí)測和實(shí)地丈量。平面精度檢測共采集碎部點(diǎn)1073個(gè)點(diǎn)，包括房角、圍墻、門墩的交叉點(diǎn)或拐點(diǎn)等，套合同名點(diǎn)平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算得最大△S=0.046m，碎部點(diǎn)總體點(diǎn)位中誤差=0.023m，小于規(guī)定的±0.12m的要求。高程精度檢測共采集碎部點(diǎn)310個(gè)，計(jì)算得最大△H=0.010m，碎部點(diǎn)總體高程中誤差為0.050m，小于規(guī)定的±0.20m 的要求，詳情見表6。地物點(diǎn)間距精度檢測共采集間距906個(gè)，其中未滿足規(guī)范要求，占 0.00﹪，計(jì)算得最大△S=0.13m，總體地物點(diǎn)間距中誤差為0.029m，小于規(guī)定的±0.15m的要求，詳情見表7。故從數(shù)學(xué)精度分析上來看，無人機(jī)傾斜攝影測量完全能滿足“1∶500城鎮(zhèn)開發(fā)邊界地形圖”測量技術(shù)要求。

6 結(jié)語

綜上述應(yīng)用與分析，得出無人機(jī)傾斜攝影測量的優(yōu)點(diǎn)和不足。

①航攝時(shí)受天氣因素制約，光線會(huì)對(duì)航攝產(chǎn)生影響，為確保無人機(jī)飛行的安全且穩(wěn)定，在飛行時(shí)也會(huì)受到一定的影響。

②樹林隱蔽、特殊困難地、高層建筑物，綠化率較高小區(qū)存在遮擋，部分關(guān)鍵地物點(diǎn)成像受會(huì)到限制影響，難以完成達(dá)到預(yù)期的精準(zhǔn)采集，需要借助全站儀野外數(shù)據(jù)來完成編輯成圖。

③對(duì)內(nèi)業(yè)采集人員的技術(shù)不熟練，經(jīng)驗(yàn)不充足，會(huì)造成矢量采集的準(zhǔn)確性無法得不到充分的保障。

④無人機(jī)傾斜攝影測量在大比例尺、城市規(guī)劃、竣工等測量中的應(yīng)用，在工作效率得到了顯著提高，測量效果也得到了科學(xué)優(yōu)化，測繪成果更加豐富，有效地節(jié)約了測量成本。

參考文獻(xiàn)

[1]紀(jì)海英.利用無人機(jī)航空像片進(jìn)行大比例尺測圖的探討[J].資源信息與工程，2017，32（5）：145-146.

[2]胡天文.無人機(jī)小數(shù)碼航空攝影測量空三加密技術(shù)在1∶1000山地類型中的實(shí)現(xiàn)[J].礦山測量，2017，45（1）：88-90.

[3]王俊.無人機(jī)航空攝影的空三評(píng)價(jià)分析[J].甘肅科技，2011，27（13）：41-43.

[4]曹寧.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在大比例尺測圖中的應(yīng)用及精度評(píng)價(jià)[J].測繪與空間地理信息，2020，43（8）：174-176.

[5]陳日權(quán).大尺寸幾何量立體視覺測量方法研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（2）：70-71.

[6]張文博，張?jiān)?數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（1）：28-29.

[7]袁江紅，顏學(xué)錚，袁淑君.無人機(jī)遙感技術(shù)在湖南省第三次土地調(diào)查中的應(yīng)用[J].國土資源導(dǎo)刊，2021，18（3）：92-96.