無人機航空攝影測量技術在地形測量中的應用

陳超

摘? 要：無人機航空攝影測量技術具有響應速度快、勘測成本低、外業(yè)工作量小、成圖精度高等優(yōu)勢，在中小區(qū)域地形測量中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文從介紹無人機航空攝影測量技術的原理出發(fā)，結合生產(chǎn)實例，探討了利用無人機進行地形測量的整體流程及作業(yè)方法，同時對精度誤差進行了統(tǒng)計，為無人機航空攝影測量技術的應用推廣提供借鑒。

關鍵詞：無人機;航空攝影測量;地形測量;像片控制

1引言

近年來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，各部門對地形圖的需求日益增大，傳統(tǒng)的地形測量主要通過GPS和全站儀相結合的全野外數(shù)字作業(yè)方法，此種作業(yè)方式需要投入大量的人力物力、成本高昂、工期也較長;如果采用載人大飛機航測的方式，空域申請手續(xù)非常繁瑣，實施起來風險也比較大，優(yōu)勢不夠明顯。近幾年出現(xiàn)的無人機航空攝影測量技術正好彌補了兩者的不足，其具有響應速度快、勘測成本低、外業(yè)工作量小、成圖精度高等優(yōu)勢，在中小區(qū)域地形測量中發(fā)揮著越來越重要的作用。

2無人機航空攝影測量技術簡述

2.1無人機航空攝影測量技術原理

無人機航攝影系統(tǒng)集成了高空拍攝、遙控、視頻影像微波傳輸和計算機影像信息處理的新型應用技術，它是以無人駕駛飛機作為空中平臺，以機載遙感設備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀、激光掃描儀、磁測儀等獲取高分辨率真彩色數(shù)字影像，再通過內(nèi)業(yè)數(shù)字測圖軟件對影像進行處理，按照一定精度要求制作成符合國家標準的1：1000、1：2000、1：5000等各種比例尺的地形圖。

2.2無人機航測作業(yè)流程

無人機航測作業(yè)流程如圖1所示：

3應用實例

3.1工程概況

某礦為更新礦圖需要，要求使用無人機制作礦區(qū)航攝正射影像圖和1：2000比例尺的線劃圖，該礦位于某城市西南部，地形為山地，海拔高度平均550米，適合進行航空攝影，該項目平面坐標系統(tǒng)采用CGCS2000坐標系，高程系統(tǒng)采用1956黃海高程系統(tǒng)。

3.2無人機航空攝影

本項目采用華測P520V測繪無人機，攜帶的航攝儀是Canon 5D Mark I數(shù)碼相機。為確保航線彎曲度和航拍質(zhì)量，本次飛行時間基本上選擇在風速較小、風向穩(wěn)定的中午時段進行，航測范圍縱向每側覆蓋成圖區(qū)域以外一個航帶25%的寬度，航測分辨率為0.1m。

3.3像片控制測量

像控點的平面聯(lián)測采用RTK測量模式，作業(yè)時應采用相應檢核手段，確保觀測成果的可靠性，高程采用GPS高程擬合或不低于五等水準測量方法聯(lián)測。

3.4空三加密計算

全數(shù)字空中三角測量采用華測Pix4D mapper無人機航測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，空三加密包括雙拼虛擬影像區(qū)域網(wǎng)平差和單像機影像區(qū)域網(wǎng)平差，平差方法則采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差。

3.5內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與測圖

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用Virtuozo數(shù)字攝影測量工作站進行，直接導入加密成果建模，對模型進行相關匹配和編輯，生成數(shù)字高程模型（DEM）;利用DEM對數(shù)字影像進行逐象元的幾何糾正、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)出帶符號化的數(shù)字線劃圖DLG。

3.6外業(yè)調(diào)繪

使用內(nèi)業(yè)測圖后回放的DLG進行野外全要素的調(diào)繪、檢查以及補測、修測新增的地物，圖上高程注記點由Virtuozo測圖工作站內(nèi)業(yè)測定，外業(yè)調(diào)繪時，沿中心線附近用水準聯(lián)測或GPS擬合高程實測一部分高程點，來校正內(nèi)業(yè)測定的高程值。

3.7精度檢查

本項目采用野外實測的方法對測制的DLG圖進行精度檢驗，其中野外巡視57幅為總數(shù)的29.5%，實地檢測43幅為總數(shù)的21.7%，通過對房角、道路交叉處、田坎交叉處、山頂?shù)鹊胤降淖鴺藬?shù)據(jù)進行采集，并與野外實測數(shù)據(jù)進行比較，其結果統(tǒng)計如表1所示。

表1中，地物點平面位置誤差最大為67.9cm，最小誤差29.7cm ，高程誤差最大為79.3cm，最小為39.7cm，參考《基礎地理信息數(shù)字成果1：500、1：1000、1：2000數(shù)字線劃圖（DLG）》（CH/9008.1-2010）規(guī)定，1：2000數(shù)字線劃圖（DLG）圖上地物點對鄰近野外控制點的平面位置中誤差不大于1.6米（山地、高山地），高程注記點對鄰近野外控制點的高程中誤差不大于1.2米（山地、高山地），限差為中誤差的2倍，該項目各項指標均符合規(guī)范的要求。

3.8成果提交

該測區(qū)航測數(shù)字線劃圖和數(shù)字正射影像圖，經(jīng)查圖員全面檢查后，總體質(zhì)量情況良好，經(jīng)綜合評定全部合格，可以提交使用，其中某一幅1：1000地形圖疊加 DOM效果圖如圖2所示。

4結束語

實踐證明，無人機航空攝影測量技術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，值得進一步推廣應用。隨著多種機載傳感器、無人機硬件制造技術的發(fā)展，無人機以其機動靈活、現(xiàn)勢性強的特點，必能擁有更加廣闊的發(fā)展前景。

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