無人機 遙感在大面積1∶500地形圖測繪中的應(yīng)用

楊康州

（中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710000）

1 引言

利用無人機遙感技術(shù)進(jìn)行大比例尺測繪常規(guī)有兩種方法：其一，DOM 成圖法。即首先制作DOM，然后以DOM 為底圖進(jìn)行二維數(shù)字化描圖，最后開展外業(yè)補測調(diào)繪編輯成圖[1]。其二，立體像對采集要素成圖法。即首先進(jìn)行空三加密，定向建模建立立體像對，然后在內(nèi)業(yè)立體環(huán)境下采集要素，最后再進(jìn)行外業(yè)補測調(diào)繪編輯成圖[2]。常規(guī)方法在大比例尺要素采集母線圖的過程中，定位精度不高，地物要素采集不全，外業(yè)補測工作量比較大。因此，本文提出一種基于無人機傾斜建模二三維聯(lián)動技術(shù)的大比例尺地形圖測繪方法，提高測制精度，減少外業(yè)補測工作量，提高工作效率[3]。

2 無人機傾斜建模二三維聯(lián)動技術(shù)的流程和原理

2.1 測繪原理分析

在設(shè)計大面積1 ∶500 地形圖測繪方法之前，需結(jié)合無人機遙感技術(shù)構(gòu)建傾斜模型，并利用二三維聯(lián)動技術(shù)設(shè)計整體的圖像測繪流程[4]。首先，針對測定的范圍與需求，布設(shè)像控點，利用多視角攝影技術(shù)，設(shè)定無人機的分辨范圍，并綜合拍攝需求，計算出地面透視分辨率，具體如公式（1）所示。

公式（1）中：U表示地面透視分辨率，δ表示像控距離，Q1表示預(yù)設(shè)透視范圍，Q2表示實際透視范圍。利用得出的地面分辨率，劃定測定區(qū)域，依據(jù)1∶500的測繪比例，采用無人機傾斜攝影三維測圖的方式，隨著像控點的布設(shè)描述地形，設(shè)定具體的分辨原理，具體如圖1 所示。

圖1 多視角攝影透視原理

根據(jù)圖1 完成對多視角攝影透視原理的設(shè)計與調(diào)整，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合無人機遙感技術(shù)設(shè)計1∶500 地形的動態(tài)化傾斜建模原理[5]。設(shè)定傾斜航拍攝影旁向覆蓋度，一般需控制在92%以上，且1∶500 的測繪比例也要求航攝重疊度在70%以上。利用二三維聯(lián)動技術(shù)，搭配EPS 軟件，設(shè)計地形圖測繪的傾斜建模，并構(gòu)建模型的執(zhí)行原理，具體如圖2 所示。

圖2 傾斜建模結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖（2）完成對傾斜建模結(jié)構(gòu)的設(shè)計。同時，在標(biāo)定范圍內(nèi)，進(jìn)行建模匹配，利用無人機遙感技術(shù)，根據(jù)像控點布設(shè)情況，進(jìn)行測繪的多范圍匹配，并計算出傾斜重疊度，如公式（2）所示。

2.2 測繪流程設(shè)計

根據(jù)上述測繪原理，結(jié)合無人機遙感技術(shù)，采用傾斜建模的二三維聯(lián)動技術(shù)繪制地形圖[6]。首先利用專業(yè)設(shè)備獲取基礎(chǔ)的測繪數(shù)值及信息，依據(jù)測定范圍，進(jìn)行像控點的基礎(chǔ)布設(shè)與劃定，在不同的視場角和傾角范圍內(nèi)，調(diào)整飛行高度。當(dāng)無人機起飛時，掃描對應(yīng)區(qū)域，完成試飛、調(diào)試后，將航攝時間控制在10 時至15 時內(nèi)，確保光照度合理，對區(qū)域1 進(jìn)行地形圖測繪[7]。利用二三維聯(lián)動技術(shù)進(jìn)行地形圖的模糊繪制，具體如圖3 所示。

圖3 二三維聯(lián)動技術(shù)地形圖模糊繪制

公式（4）中：F表示定點誤差，φ表示測繪限差，τ表示聯(lián)動距離，m表示定位坐標(biāo)差，n表示節(jié)點數(shù)。通過上述計算，最終得出實際的定點誤差，利用EPS軟件，進(jìn)一步細(xì)化地形圖的細(xì)節(jié)位置，完善模糊區(qū)域，采用遙感技術(shù)進(jìn)行側(cè)向邊緣化標(biāo)記，形成完整的測繪結(jié)構(gòu)，隨著需求的變化，結(jié)合測繪模型，不斷調(diào)整相關(guān)數(shù)值，完成測繪流程的設(shè)計，具體流程如圖4 所示。

圖4 地形圖測繪流程

3 與常規(guī)技術(shù)實驗對比分析

本次主要是對無人機遙感下大面積1∶500 地形圖測繪方法的實際應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行分析與研究?？紤]到最終測試結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠性，需要采用對比的形式展開分析，同時設(shè)定傳統(tǒng)多元數(shù)據(jù)融合測繪小組、傳統(tǒng)全站儀大比例測繪小組以及本文設(shè)計的無人機遙感測繪小組。這三種測試方法均需要在相同的測試環(huán)境下進(jìn)行，最終對得出的測試結(jié)果進(jìn)行對比分析。

3.1 本流程與常規(guī)技術(shù)的精度對比

首先，針對本次測試的需求及標(biāo)準(zhǔn)，簡要搭建相應(yīng)的測試環(huán)境，選擇A 地作為測試的主要目標(biāo)對象，依據(jù)1∶500 的測繪比例進(jìn)行核定測算。采用CW-10C型號的無人機測定，并搭配對應(yīng)的遙感技術(shù)，無人機內(nèi)部結(jié)合四旋翼布局，所搭載的設(shè)備通?？梢垣@取0.03m ～0.25m 之內(nèi)的分辨率影像，一定程度上為1∶500 地形圖測繪奠定基礎(chǔ)。目標(biāo)對象如圖5 所示。接下來，設(shè)定無人機測試的技術(shù)參數(shù)，具體如表1 所示。

圖5 目標(biāo)對象

表1 無人機技術(shù)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)表1，可以完成對測試結(jié)果的分析與研究。完成無人機的調(diào)整之后，結(jié)合A 地的地貌和地勢環(huán)境，進(jìn)行測繪航線的規(guī)劃，并在標(biāo)定的位置布設(shè)監(jiān)測節(jié)點，完成測試環(huán)境的搭建?；诒疚姆椒▽δ繕?biāo)對象進(jìn)行地形圖繪制，具體如圖6 所示。

圖6 目標(biāo)對象地形圖繪制

為了驗證本文方法的有效性，采用傳統(tǒng)多元數(shù)據(jù)融合測繪小組、傳統(tǒng)全站儀大比例測繪小組和本文提出的無人機遙感測繪小組，對1∶500 地形圖測繪精度進(jìn)行對比分析，對比結(jié)果如圖7 所示。

圖7 1∶500地形圖測繪精度對比結(jié)果

由圖7可知，無人機遙感測繪小組進(jìn)行1∶500地形圖測繪的精度最高可達(dá)100%，傳統(tǒng)多元數(shù)據(jù)融合測繪小組進(jìn)行1∶500地形圖測繪的精度最高達(dá)70%，傳統(tǒng)全站儀大比例測繪小組進(jìn)行1∶500地形圖測繪的精度最高達(dá)88%。本文提出的無人機遙感測繪小組開展1 ∶500地形圖測繪的精度最高，測繪效果最好。

3.2 本流程與常規(guī)技術(shù)的效率對比

完成精度測算后，結(jié)合測試流程，需要進(jìn)行效率的對比測驗。注意將A 地布設(shè)的15 個檢查節(jié)點開啟，將所獲取的數(shù)據(jù)依據(jù)特殊格式逐一傳輸至控制系統(tǒng)，利用無人機遙感技術(shù)下達(dá)對應(yīng)的測繪指令，結(jié)合1∶500的測繪比例，將A 地劃分為4 個測繪描述區(qū)域，測定無人機對地形圖策劃的時間，先利用EPS 軟件對15 個檢查節(jié)點進(jìn)行搭接，再利用二三維聯(lián)動技術(shù)進(jìn)行測繪建模，最終得出測繪結(jié)果并對比分析，具體如表2 所示。

表2 測試效率對比分析

由表2 可知，經(jīng)過三種測試方法的對比，本文設(shè)計的無人機遙感測繪小組最終得出的測繪時間均在1.5s 以下，與常規(guī)技術(shù)相比，測繪效率相對較高，具有實際的應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

本文對基于無人機遙感的大面積1∶500 地形圖測繪方法的實際測驗結(jié)果進(jìn)行了分析研究，與傳統(tǒng)測繪模式對比后發(fā)現(xiàn)，無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用一定程度上可進(jìn)一步擴大測繪范圍，同時在1∶2000 區(qū)域能確保測繪的精準(zhǔn)度和可靠性，進(jìn)而提升整體工作效率。另外，二三維聯(lián)動技術(shù)與傾斜建模相結(jié)合，能夠?qū)Φ匦巫鞒鼍珳?zhǔn)描述，為后續(xù)的測繪、核定提供理論參考。