仿地飛行技術(shù)在高山地區(qū)大比例尺地形圖生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945(2025)14-0193-04

（自然資源部陜西測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，西安710001）

Abstract:Thereisapositivecorelationbetweentheaccuracyofthetopographicmapresultsproducedbyaerial photographyandtheresolutionoftheacquiredimage.Thetraditionalphotogrammetrymethodadoptsfixedaltitudeflight.For terrinwithlargefluctuations，theimageresolutionobtainedisinconsistent，resultingintheacuracyofsurveyingandaping resultsthatiseasilyexcededandthereliabilityislow.Inordertosolvetheaboveproblems，theauthorintroducedtwo technologies:groundimitationandtilt，andtookthetopographicmapsurveyingandmappingofacertainplaceinShanxiasan exampletoverifythefeasibilityofthisplan.Troughtheinspectionpointscolectedtodetecttheaccuracyoftopographicap results，itcanbeseenthatthisschemecanproducetopographicmapresultsmeting1:5OO，whichcanprovidereferencefor colleagues in topographic map surveying and mapping.

Keywords:large-scaletopographicmap;tiltphotography;simulated terrin flight;3Dreconstruction;imageresolution

地形圖也叫數(shù)字線劃圖，是一種包含平面地物位置信息和高程信息的矢量數(shù)據(jù)，是航空攝影4D產(chǎn)品中的一種。對(duì)于地形圖的測(cè)繪，傳統(tǒng)的測(cè)量方式是采用GNSS-RTK進(jìn)行全野外作業(yè)。作業(yè)過程中，對(duì)于采集的高程點(diǎn)，不需要在草圖上進(jìn)行標(biāo)注，但是采集的地物坐標(biāo)和比高等數(shù)據(jù)，則要在草圖上進(jìn)行繪制，并對(duì)房屋結(jié)構(gòu)、層數(shù)等進(jìn)行記錄。全野外地形圖測(cè)繪工作量大，作業(yè)周期長(zhǎng)，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的實(shí)際需求。無人機(jī)航空攝影方式可以快速高效獲取自標(biāo)區(qū)域的地形圖數(shù)據(jù)，但是采用航空攝影方式生產(chǎn)的地形圖成果，其精度和采集的影像分辨率關(guān)系較為密切。目前采用的固定航高方式采集的高山地區(qū)影像分辨率差異較大，這導(dǎo)致最終生產(chǎn)的地形圖成果精度易超限、不均勻、可靠性較低。為了解決采集的影像分辨率差異大的問題，筆者研究并引入仿地飛行技術(shù)，并結(jié)合傾斜攝影開展大比例尺地形圖的測(cè)繪研究。為了驗(yàn)證筆者提出方案的可行性，以陜西某一區(qū)域大比例尺地形圖生產(chǎn)為例，對(duì)作業(yè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，對(duì)成果質(zhì)量精度進(jìn)行了檢測(cè)，得到了符合要求的地形圖成果，可以為同行人員在地形圖測(cè)繪方面提供參考借鑒。

1仿地飛行技術(shù)

無人機(jī)航空攝影主要有2種，即固定航高飛行和變高飛行。固定航高是指在整個(gè)測(cè)區(qū)中，飛行高度是未發(fā)生變化的；變高飛行是指在整個(gè)測(cè)區(qū)中，采取了多個(gè)航高進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的獲取。變高飛行相對(duì)固定航高飛行來說，采集的影像分辨率差異小了，但是高度變化太突然，導(dǎo)致在航高變化區(qū)域，采集的影像分辨率不連續(xù)，這種方式采集的影像數(shù)據(jù)解算容易失敗，且后續(xù)生產(chǎn)的成果過渡不自然。為了解決采集影像分辨率差異大且不連續(xù)的問題，筆者提出仿地飛行技術(shù)。該技術(shù)是指基于數(shù)字表面模型（DigitalSurface

Model，DSM)，對(duì)無人機(jī)飛行航高進(jìn)行不斷調(diào)整，使飛行航高始終與地面保持固定的高度，從而得到分辨率一致的影像數(shù)據(jù)，為后續(xù)數(shù)據(jù)高精度解算提供保障。仿地飛行示意圖如圖1所示。

圖1中， H 代表固定航高飛行的航高， h 代表仿地飛行的航高。由圖1可以看出，采用固定航高飛行，其H 值變化非常大，但是采用仿地航高飛行，其 h 值隨地形高低起伏變化而始終保持不變，這樣采集的影像分辨率是一致的。

2傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影是一種同步采集垂直影像和側(cè)視影像的技術(shù)，其采集不同角度的影像是因?yàn)榇钶d了多個(gè)航攝儀。在飛行過程中，飛控控制相機(jī)按等間隔或等時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)得到符合測(cè)繪精度要求的測(cè)繪成果。目前傾斜攝影常搭載的相機(jī)為5鏡頭，其航空攝影示意圖如圖2所示。

圖生產(chǎn)，具體的內(nèi)容如下。

4.2 DSM數(shù)據(jù)獲取

仿地飛行航線是基于DSM來規(guī)劃完成的，本次在勘察測(cè)區(qū)收集資料時(shí)，未收集到有效可用的DSM數(shù)據(jù)，因此需要獲取該區(qū)域的DSM數(shù)據(jù)。首先利用無人機(jī)搭載單鏡頭相機(jī)對(duì)任務(wù)區(qū)進(jìn)行航空攝影，獲取分辨率為 0.2m 的垂直影像數(shù)據(jù)，然后利用Pix4D軟件，對(duì)航攝影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，生產(chǎn)得到格網(wǎng)間距為 2m 的DSM成果。該成果可用于本次測(cè)區(qū)范圍內(nèi)仿地航線的規(guī)劃。

3作業(yè)流程

本文作業(yè)方案流程如圖3所示。包括資料收集、數(shù)字表面模型獲取、仿地傾斜影像采集、像控布設(shè)與采集、空中三角測(cè)量解算、實(shí)景三維模型生產(chǎn)和地形圖測(cè)繪等。

4案例分析

4.1 任務(wù)區(qū)概括

本次研究區(qū)域位于陜西某地，測(cè)區(qū)內(nèi)高程差在400m ，要求生產(chǎn)滿足1：500比例尺的地形圖。在對(duì)測(cè)區(qū)勘察分析后，決定利用仿地傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行地形

4.3像控點(diǎn)布設(shè)與采集

本次研究區(qū)域地形高差大，在利用“圖新地球”布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，按照投影距離間隔 400m 均勻布設(shè)像控點(diǎn)，并在像控點(diǎn)分布少的區(qū)域布設(shè)一定數(shù)量的檢查點(diǎn)。布設(shè)得到像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)的大致位置后，利用布設(shè)成果進(jìn)行實(shí)地點(diǎn)位的噴涂與選取。像控點(diǎn)利用油漆噴涂\"L\"形的標(biāo)志，其寬度和長(zhǎng)度分別為 0.2m 和 0.5m ，在采集坐標(biāo)時(shí)，采集其內(nèi)角的頂點(diǎn)。檢查點(diǎn)選取實(shí)地特征點(diǎn)。本次主要用于地形圖精度的檢測(cè)，因此檢查點(diǎn)主要采集道路交叉口、房屋和圍墻的拐點(diǎn)。為了避免偶然誤差，提高點(diǎn)位測(cè)量的精度，本次每個(gè)點(diǎn)位均采集多次，并取平均值作為最終的測(cè)量值。像控點(diǎn)由于是油漆噴涂的標(biāo)志，因此未采集實(shí)地照片，僅對(duì)檢查點(diǎn)的點(diǎn)位進(jìn)行了遠(yuǎn)景、近景、相對(duì)位置關(guān)系的拍照，這樣便于內(nèi)業(yè)對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。像控點(diǎn)采集時(shí)，要求設(shè)備狀態(tài)為固定解，這樣采集的點(diǎn)位精度更高。