低空攝影測量在大比例尺地形圖項(xiàng)目中的應(yīng)用

李建榕

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

1 引 言

隨著無人機(jī)低空攝影技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，低空攝影測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大比例尺地形圖的測繪，結(jié)合成熟的無人機(jī)技術(shù)、GPS定位技術(shù)、攝影技術(shù)等，立足低空飛行，高分辨率影像，高效快捷地完成高精度成圖項(xiàng)目。當(dāng)前無人機(jī)市場飛控平臺(tái)種類較多，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，專業(yè)級(jí)無人機(jī)甚至消費(fèi)級(jí)無人機(jī)獲取的航攝數(shù)據(jù)，結(jié)合專業(yè)航測后處理軟件，以期滿足大比例尺地形圖生產(chǎn)的技術(shù)要求。

本文結(jié)合已完成項(xiàng)目，簡析正射航拍模式下，基于專業(yè)航測后處理軟件，如何快速高效地完成大比例尺地形圖測繪項(xiàng)目，分析無人機(jī)航測技術(shù)滿足高精度(中誤差≤5 cm)測繪可行性。

2 無人機(jī)航測作業(yè)流程

利用無人機(jī)低空航測技術(shù)完成大比例地形圖項(xiàng)目，主要包括前期準(zhǔn)備工作、外業(yè)航攝及像控點(diǎn)布設(shè)測量、空三加密、DLG生產(chǎn)(線劃圖采集、外業(yè)調(diào)繪、編輯成圖)等步驟，如圖1所示：

3 無人機(jī)航測在1∶500地形圖中應(yīng)用分析

3.1 項(xiàng)目概況

為了較好地進(jìn)行精度驗(yàn)證，本次應(yīng)用測試分別對(duì)城鎮(zhèn)居民區(qū)和城市超高樓層居民區(qū)兩個(gè)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行測量生產(chǎn)及成果研究分析。測區(qū)A屬于山地地形，主要為村鎮(zhèn)建筑區(qū)域，測區(qū)中地物類型以居民地為主，面積約36畝。測區(qū)B為福州市某小區(qū)，小區(qū)樓高33層，面積約360畝。測區(qū)范圍如圖2、圖3所示。

圖1 航測大比例尺地形圖生產(chǎn)流程圖

圖2 測區(qū)A范圍及像控點(diǎn)分布示意圖

圖3 測區(qū)B范圍及像控點(diǎn)分布示意圖

3.2 像控點(diǎn)測量

本次作業(yè)方案，采用先布控后航飛的流程進(jìn)行外業(yè)操作，其中外業(yè)像控點(diǎn)的布設(shè)，根據(jù)測區(qū)形狀，采用四周按距離均勻布設(shè)，內(nèi)部區(qū)域采用稀少布控的方案。測區(qū)A共布設(shè)7個(gè)像控點(diǎn)；測區(qū)B共布設(shè)9個(gè)像控點(diǎn)，點(diǎn)位均選擇地面特征標(biāo)志，像控點(diǎn)分布如圖2、圖3紅色方框位置所示。像控點(diǎn)測量采用GNSS RTK測量方式，以圖根控制測量方法，現(xiàn)場實(shí)測像控點(diǎn)三維坐標(biāo)。

3.3 外業(yè)航攝

實(shí)施航飛前，對(duì)航飛區(qū)域進(jìn)行踏勘，選擇合適的起降場地，并查看測區(qū)地形地貌狀況。為航線規(guī)劃和實(shí)施航飛做準(zhǔn)備。

目前市場中，無人機(jī)飛行器搭載相機(jī)的類型主要以單反、微單及卡片式相機(jī)為主，需要定期進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，以保證相機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。根據(jù)地面分辨率、航向及旁向重疊度要求，結(jié)合相機(jī)參數(shù)，如焦距、像元尺寸、像幅大小等參數(shù)，計(jì)算相對(duì)航高、攝影基線長度及航間距等飛行參數(shù)，完成航線設(shè)計(jì)。

根據(jù)航飛現(xiàn)場天氣狀況，設(shè)置ISO和曝光等參數(shù)，為了保證航拍數(shù)據(jù)的質(zhì)量盡量在風(fēng)力小于4級(jí)情況下完成無人機(jī)航拍工作。飛機(jī)降落后，提取航飛數(shù)據(jù)，航攝影像及對(duì)應(yīng)POS數(shù)據(jù)和差分?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)地面基站數(shù)據(jù)和飛機(jī)差分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算出影像對(duì)應(yīng)的較為精確位置信息，并完成數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。

(1)無人機(jī)航攝系統(tǒng)及航飛參數(shù)

本文兩個(gè)測區(qū)分別選用不同類型飛行平臺(tái)，測區(qū)A使用大疆精靈4RTK(圖4)，搭載相機(jī)為FC6310R；測區(qū)B采用瑤光垂直起降無人機(jī)，搭載相機(jī)為Sony rx1rm2(圖5)。

圖4 大疆精靈4RTK

圖5 瑤光垂直起降無人機(jī)

測區(qū)A和測區(qū)B主要飛行參數(shù)如表1所示：

航飛參數(shù) 表1

(2)航線敷設(shè)

因測區(qū)A和測區(qū)B分別采用兩套航攝系統(tǒng)和不同航飛參數(shù)，測區(qū)A基于大疆精靈4RTK航攝系統(tǒng)，敷設(shè)6條航線，共獲取248張影像，其中有效影像數(shù)為233張；測區(qū)B采用垂直起降無人機(jī)系統(tǒng)，敷設(shè)11條航線，共獲取442張影像，其中有效影像數(shù)為442張。

3.4 空三加密

本次應(yīng)用案例中空三加密均使用AT.Pips.Cloud(Pips空三云系統(tǒng)V2.0)完成。Pips空三云系統(tǒng)支持所有框幅式影像數(shù)據(jù)的解算，能滿足各種無人機(jī)數(shù)據(jù)，能處理旋偏角大、高差大的影像數(shù)據(jù)，集群式全自動(dòng)、低誤配率、多模式的空三匹配，無人機(jī)影像數(shù)據(jù)相對(duì)定向成果可優(yōu)于0.3個(gè)像素，尤其在已知少量控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用飛機(jī)自帶RTK、PPK為影像提供較為精確位置信息，用于輔助加密測區(qū)的區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算，完成測區(qū)絕對(duì)定向工作。

通過Pips空三云系統(tǒng)，完成影像預(yù)處理、空三工程組建、同名點(diǎn)提取、相對(duì)定向、像控點(diǎn)刺加、絕對(duì)定向等空三加密步驟，為后續(xù)DLG生產(chǎn)提供可靠空三成果。

3.5 DLG生產(chǎn)

測區(qū)經(jīng)過空三加密之后，輸出高精度空三成果，利用Pips測圖云V2.0系統(tǒng)，在立體像對(duì)上進(jìn)行數(shù)字線畫圖采集。按照地形圖圖式要求采集地形等要素。并使用該軟件“扣房檐/快速房檐改正”功能，室內(nèi)進(jìn)行立體屋檐改正，并進(jìn)行樓層注記。最后將外業(yè)調(diào)繪的數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)業(yè)編輯處理后形成最終成果數(shù)據(jù)。

充分利用低空航飛影像分辨率高的特點(diǎn)，配合使用Mapping.Pips云系統(tǒng)的內(nèi)業(yè)房檐改正等功能，使得原外業(yè)調(diào)繪過程中的屋檐寬度、樓層等工作量可以大幅度縮減，同時(shí)可以大大提高成圖精度。

3.6 成果精度分析

外業(yè)在測區(qū)A范圍內(nèi)選取了83個(gè)房角地物點(diǎn)，測區(qū)B實(shí)測241個(gè)房角地物點(diǎn)，作為地形圖平面檢測點(diǎn)，使用RTK布設(shè)圖根控制點(diǎn)，利用全站儀實(shí)測檢核點(diǎn)坐標(biāo)。其中測區(qū)A檢測平面中誤差為 3.3 cm，最大較差為 8.0 cm，測區(qū)B檢測平面中誤差為 3.5 cm，最大較差為 14.3 cm。檢測分析如表2所示，點(diǎn)位較差占比如圖6所示。

點(diǎn)位較差分布表 表2

圖6 點(diǎn)位較差分布占比圖

4 結(jié) 語

本文通過對(duì)山區(qū)農(nóng)村村鎮(zhèn)和城市高層小區(qū)兩個(gè)不同類型測區(qū)的成果分析，以消費(fèi)級(jí)旋翼機(jī)和專業(yè)級(jí)固定翼無人機(jī)為飛行平臺(tái)，結(jié)合 Pips.Cloud專業(yè)航測后處理軟件，驗(yàn)證說明了無人機(jī)航測可以達(dá)到高精度(平面中誤差 ≤5 cm)測繪的可行性。通過試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：基于無人機(jī)數(shù)碼航攝及相關(guān)的無人機(jī)航測處理系統(tǒng)，主要地物界址點(diǎn)平面精度可以達(dá)到中誤差 ≤5 cm精度要求。

內(nèi)業(yè)采集只在立體像對(duì)下作業(yè)，無須建模，采用Pips.Cloud系統(tǒng)-“內(nèi)業(yè)縮房檐”的技術(shù)優(yōu)勢，基于Pips測圖云系統(tǒng)的“扣房檐/快速房檐改正”功能，在立體采集模式下，通過切換相鄰像對(duì)，調(diào)整光標(biāo)高度至可觀測建筑物墻面任意高度，光標(biāo)點(diǎn)擊建筑物墻面，屋檐寬度會(huì)自動(dòng)改正到光標(biāo)位置。通過以上功能，90%以上建筑房檐無須外業(yè)調(diào)繪即可內(nèi)業(yè)立體改正，房屋層數(shù)及建筑名稱等可直接通過高分辨率的立體影像判讀，大大縮減外業(yè)調(diào)繪工作量，極大提高工作效率和成圖精度。

綜上所述，本技術(shù)方案獲取的產(chǎn)品平面精度可以滿足村鎮(zhèn)地籍、城市規(guī)劃測量精度要求，可在高精度的竣工測量、不動(dòng)產(chǎn)測繪、地籍圖測量等工程測量項(xiàng)目中應(yīng)用，完全滿足大比例尺地形圖規(guī)范要求精度。