無人機(jī)傾斜攝影測量在1∶500 地形圖中的應(yīng)用

劉 娣，何仁德

（1.湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411100；2.湖南虹康規(guī)劃勘測咨詢有限公司，長沙 410000）

為了豐富基礎(chǔ)地理信息資源，提升整體現(xiàn)勢性，湖南省自然資源廳印發(fā)《湖南省1∶10 000 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫更新技術(shù)規(guī)程》和《湖南省市縣城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)1∶500 地形圖成果匯交規(guī)定（試行）》的通知及《關(guān)于加快推進(jìn)1∶500 地形圖更新與匯交工作的通知》，積極推進(jìn)湖南省基礎(chǔ)測繪生產(chǎn)與更新工作[1]。本項(xiàng)目按照“需求導(dǎo)向、變化引領(lǐng)、及時(shí)更新”的原則，開展××縣1∶500地形圖的更新與匯交工作，通過無人機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相結(jié)合的手段獲取最新基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)以促進(jìn)自然資源管理和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。測區(qū)面積根據(jù)現(xiàn)有國土空間規(guī)劃資料顯示需完成面積為60.00 km2的1∶500地形圖新測，任務(wù)時(shí)間4 個(gè)月。

1 項(xiàng)目實(shí)施

由于工期緊，任務(wù)重，結(jié)合測區(qū)特點(diǎn)以及公司已有儀器設(shè)備與技術(shù)人員水平，本次項(xiàng)目采用無人機(jī)攝影測量與傳統(tǒng)數(shù)字測圖相結(jié)合的方式進(jìn)行，總體技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 總體技術(shù)路線

本項(xiàng)目航空攝影測量的作業(yè)包括：作業(yè)準(zhǔn)備、航線規(guī)劃、像控點(diǎn)布設(shè)與測量、外業(yè)航飛、空中三角測量、像片刺點(diǎn)與平差、數(shù)字正射影像和實(shí)景三維模型、像片調(diào)繪、內(nèi)業(yè)編輯成圖及成果導(dǎo)出[2]。具體技術(shù)路線圖如圖2所示。

圖2 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)路線

1.1 作業(yè)準(zhǔn)備

搜集測區(qū)詳細(xì)資料包括控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)系統(tǒng)和高程基準(zhǔn)參數(shù)及已有相關(guān)圖紙資料等[3]，開展測區(qū)踏勘并分析測區(qū)地形分布情況及特點(diǎn)，選擇場地平坦、發(fā)射正上方無電線和高層建筑的地方作為起降發(fā)射平臺，判斷天氣條件，記錄當(dāng)天作業(yè)日志。

1.2 航線設(shè)計(jì)

綜合考慮攝區(qū)分布形狀、數(shù)據(jù)后處理的要求以及航線敷設(shè)的原則，本項(xiàng)目按南北方向敷設(shè)航線，航向重疊度按80%設(shè)計(jì)，旁向重疊度按70%設(shè)計(jì)。與攝區(qū)邊界線相平行的首末航線在攝區(qū)邊界外敷設(shè)；攝區(qū)邊界線的旁向重疊至少超出像幅的一半，以保證目標(biāo)完全在航攝范圍內(nèi)。

1.3 像控點(diǎn)布設(shè)

（1）像控點(diǎn)布設(shè)應(yīng)充分利用全省不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)項(xiàng)目中像控測量成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行[4]，采用“四角雙點(diǎn)法”按區(qū)域網(wǎng)布設(shè)，區(qū)域網(wǎng)布設(shè)成“4 條航線×10 條基線”，此外還要在區(qū)域網(wǎng)中間布設(shè)1 個(gè)檢查點(diǎn)[5]。

（2）像片控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)布設(shè)在影像清晰、特征明顯，對比突出和施測方便等容易判別的位置[6]，應(yīng)盡量選在比較細(xì)的、接近正交的線狀地物邊線交叉處。

（3）本項(xiàng)目像控點(diǎn)利用CORS-RTK 技術(shù)進(jìn)行測量，像控測量平面高程精度均不能超過±0.1 m。

（4）像控測量成果應(yīng)包括像控點(diǎn)成果表、像控點(diǎn)點(diǎn)之記和像控點(diǎn)展點(diǎn)圖。像控點(diǎn)點(diǎn)之記如圖3 所示。

圖3 像控點(diǎn)點(diǎn)之記

1.4 航攝飛行

航拍前，做好起飛前的各項(xiàng)準(zhǔn)備；檢查飛機(jī)是否能正常完成操作指令。在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完畢后，才能起飛；飛手注意現(xiàn)場情況，根據(jù)需要隨時(shí)手動(dòng)調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)及飛行高度。若航攝過程中出現(xiàn)的絕對漏洞、相對漏洞及其他嚴(yán)重缺陷必須及時(shí)補(bǔ)攝。飛機(jī)起飛和降落時(shí)應(yīng)保證四周視野開闊，周邊障礙物的高度角不能大于15°，并且對GPS 信號接收不產(chǎn)生影響。

1.5 建立三維模型

實(shí)景三維模型采用Smart3D 軟件進(jìn)行制作，準(zhǔn)備好已有資料，打開軟件，新建工程項(xiàng)目然后加載數(shù)據(jù)創(chuàng)建第一遍空三，接下來導(dǎo)入像控點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，打開對應(yīng)影像相片進(jìn)行刺點(diǎn)，刺點(diǎn)過程中注意選取綠色標(biāo)記相片，每個(gè)像控點(diǎn)刺3～5 個(gè)相片，完成所有像控點(diǎn)相片刺點(diǎn)后進(jìn)行第二遍空三計(jì)算，檢驗(yàn)結(jié)果精度是否符合要求，最后導(dǎo)入測區(qū)范圍線，發(fā)布模型，數(shù)據(jù)為OSGB 格式，具體流程圖如圖4 所示。經(jīng)操作最終生成模型，如圖5 所示。

圖4 空三建模流程

圖5 三維模型正視圖

1.6 線化提取

利用生成三維模型，按照GB/T 20257.1—2017《國家基本比例尺地圖圖式第1 部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形圖圖式》要求，基于軟件的線化提取功能，選取與其形狀、特征和性質(zhì)相符的要素代碼直接進(jìn)行地形、地物的采集工作。檢查空中三角測量精度，并進(jìn)行精度分析。依比例尺表示的，則應(yīng)準(zhǔn)確采集其外部輪廓；不依比例尺表示的地物地貌則應(yīng)采集其定位點(diǎn)或定位線。具體采集內(nèi)容要求見表1。

表1 地形圖精度檢測統(tǒng)計(jì)表

表1 航測成圖地物點(diǎn)相對臨近控制點(diǎn)的點(diǎn)位與間距中誤差

線化提取可按地物分類逐區(qū)域進(jìn)行，如圖6 所示，最后形成線化圖，如圖7 所示。在模型線化提取過程中遇到地物不清楚，無法準(zhǔn)確定位時(shí)，務(wù)必在相應(yīng)位置做好標(biāo)記，以便外業(yè)補(bǔ)測。

圖6 線化提取過程圖

圖7 線化提取成果

1.7 外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)調(diào)繪基本要求：像片調(diào)繪應(yīng)判讀準(zhǔn)確，繪寫明晰，圖式符號表示準(zhǔn)確，注記符合要求。

對于本測區(qū)通過內(nèi)業(yè)測繪的各類要素都要經(jīng)過野外實(shí)地判別調(diào)繪，而影像中模糊不清地物或者被樹林或陰影遮蓋地物以及航攝時(shí)的水淹、云影地段和不滿幅的自由圖邊和新增地物都需在野外補(bǔ)測或補(bǔ)調(diào)。總之，調(diào)繪必須跑到、問到、判準(zhǔn)及繪清，并及時(shí)自查互檢。調(diào)繪以現(xiàn)狀為準(zhǔn)，新增的道路、房屋及獨(dú)立地物等在調(diào)繪時(shí)需要采用全站儀、RTK 等方式補(bǔ)充采集。高樓陰影下或樹林遮蓋下無法準(zhǔn)確判讀的房子等地物也要采用野外實(shí)測的方式補(bǔ)充采集。

1.8 質(zhì)量檢驗(yàn)

為了保證質(zhì)量，本項(xiàng)目實(shí)施二級檢查一級驗(yàn)收制度，即過程檢查和最終檢查。過程檢查比例為100%，包括作業(yè)員自檢、互查和生產(chǎn)部門檢查，最終檢查在過程檢查合格的基礎(chǔ)上由公司總工辦組織實(shí)施。驗(yàn)收由××縣自然資源局報(bào)請省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢查站進(jìn)行。

檢查內(nèi)容包括：控制測量、地形測量和地形圖精度。經(jīng)外業(yè)內(nèi)業(yè)檢查，數(shù)據(jù)精度合格，成果符合要求。

1.9 匯交資料

匯交資料清單見表2。

表2 匯交資料清單

2 結(jié)論

本項(xiàng)目利用裝載五向鏡頭的大疆無人機(jī)實(shí)施傾斜攝影測量，并利用Smart3D 軟件實(shí)現(xiàn)空三測量與三維建模，最后利用map3D 軟件進(jìn)行特征點(diǎn)、線采集實(shí)現(xiàn)線化提取，并結(jié)合外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測完成1∶500 地形圖測繪，經(jīng)檢驗(yàn)精度符合規(guī)范要求，滿足項(xiàng)目需要。

利用無人機(jī)傾斜攝影測量進(jìn)行大比例尺測圖需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）選擇合適的無人機(jī)與拍攝相機(jī)，這些影響到作業(yè)時(shí)間與影像的質(zhì)量。

（2）無人機(jī)航攝過程中一定注意飛機(jī)的安全，避免出現(xiàn)飛機(jī)失聯(lián)、墜落等事故。

（3）像控點(diǎn)布設(shè)要合理，像控點(diǎn)選點(diǎn)符合要求，制作清晰，與路面對比明顯，有利于刺點(diǎn)準(zhǔn)確。

（4）選擇合適的空三建模軟件與線化提取軟件。