羅先權(quán)，羅 甫

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 重慶測(cè)繪院，重慶 400015）

1 實(shí)例與分析

1.1 項(xiàng)目背景

2011年5月某單位欲對(duì)水庫(kù)區(qū)域進(jìn)行旅游風(fēng)景區(qū)開(kāi)發(fā)總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，需要對(duì)水庫(kù)周圍18 km2范圍內(nèi)進(jìn)行1∶2 000大比例尺地形圖測(cè)繪。測(cè)區(qū)最高點(diǎn)高程約為1 600 m，最低點(diǎn)高程約為900 m，東西長(zhǎng)約8.1 km，南北長(zhǎng)約6.1 km。測(cè)區(qū)屬于東褶皺帶邊沿地帶，巫山大婁山中山地區(qū)，因其交通不便、通視較差、控制點(diǎn)難布設(shè)，常規(guī)數(shù)字化測(cè)圖難以按時(shí)、按質(zhì)完成任務(wù)，且不能直觀地反映出測(cè)區(qū)內(nèi)的交通、植被、水系、居民地及人文景觀等旅游風(fēng)景區(qū)資源的位置與分布情況。無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)不僅能優(yōu)質(zhì)高效地獲取測(cè)區(qū)內(nèi)高分辨率數(shù)碼影像，而且能生產(chǎn)旅游景區(qū)開(kāi)發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)所需的1∶2 000數(shù)字線劃地圖、數(shù)字地面高程模型和數(shù)字正射影像圖。

1.2 設(shè)計(jì)流程

本次數(shù)據(jù)采集技術(shù)路線設(shè)計(jì)，如圖1所示。

1.3 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)實(shí)施情況

由于測(cè)區(qū)地勢(shì)東高西低，高差約為700 m，航攝區(qū)域分為2個(gè)攝區(qū)，共8條航線，如圖2所示。根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)書要求和測(cè)區(qū)地形條件，制定數(shù)據(jù)采集方法，如表1所示。

1.4 無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的特點(diǎn)

此次航攝采用CKGY型無(wú)人機(jī)雙拼相機(jī)系統(tǒng)，飛行平臺(tái)為固定翼單發(fā)彈射型無(wú)人機(jī)，其特點(diǎn)為：

圖1 作業(yè)流程設(shè)計(jì)圖

圖2 攝區(qū)劃分及航線布置圖

1）有效巡航時(shí)間大于1.5 h，能完成測(cè)區(qū)內(nèi)2個(gè)航攝分區(qū)的航攝任務(wù)。由于測(cè)區(qū)內(nèi)的2個(gè)航攝分區(qū)航高不同，為能實(shí)現(xiàn)一個(gè)飛行架次完成所有航攝任務(wù)，采用了變高飛行，即在完成第1個(gè)攝區(qū)的航攝任務(wù)后，設(shè)定緩沖航線將無(wú)人飛機(jī)降到第2個(gè)攝區(qū)的高度，再繼續(xù)進(jìn)行航攝。

表1 航攝技術(shù)參數(shù)表/m

2）彈射起飛，傘降回收。發(fā)射和回收系統(tǒng)能在復(fù)雜地區(qū)方便地找到合適的起降場(chǎng)地，有效地?cái)U(kuò)大了無(wú)人機(jī)航攝的使用范圍。

3）雙拼相機(jī)系統(tǒng)。雙相機(jī)系統(tǒng)采用2個(gè)佳能5D Mark II數(shù)碼相機(jī)，按一定的角度組合在一起，同步曝光所得的2張影像糾正后形成1張拼接影像。拼接后影像較單相機(jī)獲取的影像覆蓋范圍更廣，基線長(zhǎng)度更長(zhǎng)，有效地增加了基高比，提高了立體測(cè)量的高程量測(cè)精度。

1.5 無(wú)人機(jī)航測(cè)成果

經(jīng)過(guò)外業(yè)像片控制點(diǎn)測(cè)量、內(nèi)業(yè)空三加密后，利用立體測(cè)圖三維矢量數(shù)據(jù)構(gòu)TIN生成DEM，利用該DEM和空三成果微分糾正得到單片正射影像。正射影像經(jīng)過(guò)拼接、勻色、鑲嵌、影像處理、圖幅裁切后得到DOM成果。經(jīng)數(shù)據(jù)加工處理，將立體測(cè)圖數(shù)據(jù)符號(hào)化后疊加DOM，按設(shè)計(jì)要求生成調(diào)繪片并進(jìn)行曬印，依據(jù)曬印的調(diào)繪片完成外業(yè)補(bǔ)測(cè)、調(diào)繪、平面位置和高程注記檢測(cè)等工作。經(jīng)檢查1∶2 000 DLG (如圖3所示)和1∶2 000 DOM(如圖4所示)套合精度良好，圖面較為清晰，無(wú)明顯拉花、拼痕等問(wèn)題。由于CQCORS在大重慶范圍內(nèi)的有效覆蓋，可以同步實(shí)施基礎(chǔ)控制點(diǎn)測(cè)量與地物和地貌等特征點(diǎn)的檢查。對(duì)立體測(cè)圖成果按照外業(yè)調(diào)繪成果進(jìn)行屬性錄入、圖面編輯處理等操作，將基礎(chǔ)控制點(diǎn)上圖，經(jīng)專職人員檢查整理后，提交最終成果正射影像總圖（如圖5所示）。

圖3 1∶ 2 000數(shù)字線劃圖

圖4 1∶2 000正射影像圖

1.6 成果檢查及精度分析

本次檢測(cè)采用4臺(tái)中海達(dá)V系列CORS RTK系統(tǒng)：1臺(tái)作為基站，3臺(tái)作為流動(dòng)站。其標(biāo)稱精度平面為±10 mm+1×10-6D，高程為±20 mm+1×10-6D。主要檢查點(diǎn)分布在作業(yè)區(qū)域內(nèi)，數(shù)量多，分布廣，具有代表性。對(duì)電桿、房角、道路交叉處、田坎交叉處等地物地貌特征點(diǎn)且易于誤判的地方進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集，并在圖紙上標(biāo)注測(cè)點(diǎn)位置以便于進(jìn)行坐標(biāo)對(duì)比。

圖5 正射影像總圖

平面位置中誤差：共檢查838點(diǎn)，中誤差為1.28 m（限差為1.6 m），最大誤差為3.74 m。其中，小于等于1倍中誤差的點(diǎn)有738個(gè)，占檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的88%；大于1倍中誤差小于等于2倍中誤差的點(diǎn)有92個(gè)，占檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的11%；大于2倍中誤差的點(diǎn)有8個(gè)，占檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的1%（如圖6所示）。

圖6 平面位置中誤差分布區(qū)間圖

高程中誤差：共檢查579點(diǎn)，中誤差為0.99 m（限差為1.2 m），最大誤差為2.93 m。其中，小于等于1倍中誤差的點(diǎn)有464個(gè)，占檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的80%；大于1倍中誤差小于等于2倍中誤差的點(diǎn)有98個(gè)，占檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的17%；大于2倍中誤差的點(diǎn)有17個(gè)，占檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的3%（如圖7所示）。

圖7 高程中誤差分布區(qū)間圖

對(duì)比數(shù)據(jù)分析，平面中誤差及高程中誤差都滿足GB/T 15967—2008《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖規(guī)范》要求。由于航測(cè)成圖誤差分布具有區(qū)域性，個(gè)別地物點(diǎn)出現(xiàn)的較大誤差原因可能為：①實(shí)測(cè)地物點(diǎn)時(shí)儀器沒(méi)有精確安放到地物點(diǎn)上；②立體測(cè)圖時(shí)未量測(cè)切準(zhǔn)該地物點(diǎn)中心位置。

2 發(fā)展趨勢(shì)分析

對(duì)于森林植被茂密、山高坡陡、交通不便、起降條件差、云層低等常規(guī)航空攝影較為困難的地區(qū)，低空無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的應(yīng)用可優(yōu)質(zhì)、高效地獲取高精度航空影像，大幅度提高測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)能力。同時(shí)在旅游景區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，業(yè)主單位不僅需要DLG和DOM，更需要涉及土地管理部門的土地利用總體規(guī)劃圖與土地利用現(xiàn)狀圖，涉及林業(yè)管理部門的公益林、商品林、經(jīng)濟(jì)林等林斑分布信息及水利管理部門的水資源分布等基礎(chǔ)地理信息。通過(guò)本次低空無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的實(shí)地應(yīng)用證明，它不僅可以滿足上述綜合基礎(chǔ)信息的獲取與收集的要求，而且便于相關(guān)部門對(duì)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行核查、糾錯(cuò)、變更、決策和管理，極大地提高了測(cè)繪成果的現(xiàn)勢(shì)性和通用性，為后期的三維景觀模型與三維地表模型等三維可視化數(shù)據(jù)的制作，旅游景區(qū)項(xiàng)目的可開(kāi)發(fā)利用、可行性研究、空間布局規(guī)劃、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、形象策劃、營(yíng)銷管理提供全方位的測(cè)繪保障。

目前無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)是以普通數(shù)碼相機(jī)為傳感器，在數(shù)據(jù)采集作業(yè)時(shí)，受光照、雨雪、云霧等天氣的影響較大，可對(duì)相機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)機(jī)體框架設(shè)計(jì)，增強(qiáng)起落架的牢固度。由于大多數(shù)民用無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)巡航時(shí)間較短，監(jiān)控距離較短，在山區(qū)及森林覆蓋率較大的地區(qū)很難找到合適的起降場(chǎng)地，對(duì)無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣帶來(lái)很大的不便，可增大飛行控制系統(tǒng)的監(jiān)控距離和范圍，進(jìn)一步優(yōu)化完善無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的航線設(shè)計(jì)、飛行質(zhì)量檢查、像控點(diǎn)布設(shè)、空三加密、內(nèi)業(yè)成圖等作業(yè)方法和質(zhì)量控制。

3 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)業(yè)主單位使用后反饋表明，本次成果能滿足項(xiàng)目可研選址、規(guī)劃設(shè)計(jì)、要素分析等要求，能直觀真實(shí)地反映項(xiàng)目區(qū)內(nèi)各種地形地貌要素的布局特點(diǎn)和分布情況。本次應(yīng)用探索了無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的生產(chǎn)工藝流程，精度技術(shù)指標(biāo)，成本分析控制，作業(yè)效率等方面的問(wèn)題，為無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的應(yīng)用推廣與優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。如何在后期的開(kāi)發(fā)利用中把林業(yè)管理部門的林斑分布信息和土地管理部門的土地利用現(xiàn)狀信息等要素進(jìn)行疊加與融合，做到有效結(jié)合、協(xié)調(diào)統(tǒng)一；如何更好地利用空間信息來(lái)為管理部門輔助決策提供數(shù)據(jù)來(lái)源的多樣性和一體化服務(wù)，是我們今后努力的方向。

[1]劉鵬,彭艷鵬,鄒秀瓊，等.我國(guó)無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)現(xiàn)狀和前景[J].地理空間信息,2010,8(4)：4-6

[2]林宗堅(jiān),蘇國(guó)中,支曉棟.無(wú)人機(jī)雙拼相機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)[J].地理空間信息,2010,8(4)：1-3

[3]閔天,彭艷鵬,周長(zhǎng)雯，等.航測(cè)用無(wú)人機(jī)實(shí)戰(zhàn)操作技巧[J].地理空間信息,2010,8(4)：7-9

[4]趙禮劍,程新文,李英成，等.機(jī)載LIDAR點(diǎn)云高程數(shù)據(jù)精度檢核及誤差來(lái)源分析[J].地理空間信息,2009,7(1)：58-60[5]韓文權(quán),任幼蓉,趙少華.無(wú)人機(jī)遙感在應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害中的主要應(yīng)用[J].地理空間信息,2011,9(5)：6-8

[6]舒金揚(yáng).武隆雞尾山堰塞湖水文應(yīng)急處置及思考[J].中國(guó)水利,2009(19)：55-57

[7]李磊,熊濤,胡湘陽(yáng)，等.淺論無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及前景[J].地理空間信息,2010,8(5)：7-9

[8]李德仁.王樹根.周月琴.攝影測(cè)量與遙感概論[M].北京：測(cè)繪出版社，2008