無人機(jī)航攝系統(tǒng)測繪1∶1000大比例尺地形圖精度分析

近年來，無人機(jī)航測遙感作為一種新型的低空遙感監(jiān)測技術(shù)，作為高空衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、中低空普通航空遙感的有效補(bǔ)充，具有響應(yīng)速度快、精細(xì)度高、使用成本低、操作培訓(xùn)簡便的技術(shù)特點(diǎn)，在多云多霧、影像獲取困難、人力難以到達(dá)等地區(qū)應(yīng)用，具有明顯的可操作性優(yōu)勢。無人機(jī)低空航攝技術(shù)已快速發(fā)展為測繪大比例尺地形圖的重要技術(shù)手段之一。

在科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的美國和日本對利用無人機(jī)航攝技術(shù)進(jìn)行自然災(zāi)害調(diào)查進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果表明，對于危險(xiǎn)區(qū)域的航拍任務(wù)無人機(jī)航攝系統(tǒng)有著絕對優(yōu)勢。

國內(nèi)方面，無人機(jī)航攝系統(tǒng)在1：2000及更小比例尺地形圖測繪應(yīng)用中已較廣泛研究。但仍有不足之處，其在更大比例地形圖測繪，特別是1：1000山地及丘陵地形圖測繪方面還有許多有待完善的地方，本文將通過實(shí)例對無人機(jī)航攝系統(tǒng)在山地1：1000地形圖成圖精度進(jìn)行分析，為無人機(jī)航攝系統(tǒng)在山地1：1000地形圖測繪提供生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

無人機(jī)航攝系統(tǒng)的構(gòu)成及本文技術(shù)路線

無人機(jī)航攝系統(tǒng)的構(gòu)成

無人機(jī)航攝系統(tǒng)是以固定翼無人飛機(jī)或無人駕駛直升飛機(jī)為飛行平臺(tái)，具備自動(dòng)巡航功能并能夠搭載傳感器系統(tǒng)，可獲取滿足測繪行業(yè)應(yīng)用要求的航片并能進(jìn)行后續(xù)3D產(chǎn)品生產(chǎn)的綜合數(shù)據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)。無人機(jī)航測系統(tǒng)組成：主要由系統(tǒng)硬件設(shè)備、影像處理系統(tǒng)、信息分析系統(tǒng)、業(yè)務(wù)運(yùn)行保障系統(tǒng)等組成。

1.系統(tǒng)硬件設(shè)備：無人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)射與 回收系統(tǒng)；遙感任務(wù)設(shè)備、任務(wù)設(shè)備穩(wěn)定裝置、影像位置和姿態(tài)采集系統(tǒng)等。

2.影像處理系統(tǒng)：影像數(shù)據(jù)快速檢查、糾正、拼接；DOM、DEM、DLG生產(chǎn)等。

3.信息分析系統(tǒng)：信息提取、信息分析、報(bào)告自動(dòng)生成、數(shù)據(jù)管理與檢索等。

4.業(yè)務(wù)運(yùn)行保障系統(tǒng)：野外裝備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、與各領(lǐng)域業(yè)務(wù)運(yùn)行相結(jié)合的軟件開發(fā)和技術(shù)流程制定。

1.2 本文的技術(shù)路線

選取特定區(qū)域，用天狼星無人機(jī)航攝系統(tǒng)獲取待測區(qū)域的DOM、DEM、DLG數(shù)據(jù)。

采用人工RTK的測圖方法，測量出待測區(qū)域的1：1000地形圖。

將兩類方法獲取的地形圖進(jìn)行對比分析，得出天狼星無人機(jī)航測圖的成圖精度。

實(shí)例分析

在實(shí)際測圖中，丘陵和山地區(qū)域地形高低起伏不定，加上植被的覆蓋情況千變?nèi)f化，嚴(yán)重影響無人機(jī)測圖精度。因此，本文選取丘陵地區(qū)1.8km的帶狀地形作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域，對天狼星無人機(jī)測量的1：1000地形圖進(jìn)行精度檢測。所選區(qū)域地勢起伏不定，土地利用情況較復(fù)雜，主要有：耕地，園地，林地，住宅用地，交通用地及其它。在成圖精度進(jìn)行檢測時(shí)，利用無人機(jī)航攝系統(tǒng)制作1：1000地形圖，與利用RTK人工測量該區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行比照，得出航測成圖的平面與高程精度，具體實(shí)驗(yàn)的步驟如下：

利用天狼星無人機(jī)對所選區(qū)域進(jìn)行航測，然后利用天狼星無人機(jī)自帶的航攝系統(tǒng)對航測得到的遙感影像進(jìn)行處理，生成DOM和DEM。

通過編程和CASS軟件讀入交換文件功能實(shí)現(xiàn)DEM數(shù)據(jù)的提取。

將提取的DEM數(shù)據(jù)和生成的DOM數(shù)據(jù)共同加載到南方CASS軟件里，利用人工繪制生成1：1000地形圖。

將該區(qū)域RTK人工測量的地形圖與天狼星無人機(jī)航測圖進(jìn)行對比。得出天狼星無人機(jī)航測圖的成圖精度。

天狼星無人機(jī)成圖的平面精度檢測

本文在對天狼星航測圖的平面精度進(jìn)行檢測時(shí)，選取的檢測點(diǎn)是房屋拐角和圍墻角。對實(shí)驗(yàn)區(qū)域地形圖均勻選取房屋拐角和圍墻角的個(gè)數(shù)為20個(gè)，20個(gè)房屋拐角和圍墻角的平面誤差分布如表1所示。

由表1可以看出，天狼星無人機(jī)航測1：1000地形圖的平面相對中誤差為0.175m，滿足1：1000地形圖測量規(guī)范要求。

天狼星無人機(jī)成圖的高程精度檢測

本文對天狼星無人機(jī)航測圖的高程精度進(jìn)行檢測時(shí)，根據(jù)不同的土地利用情況，分別對交通，耕地，園地和林地的高程進(jìn)行檢測。在檢測前，首先將RTK人工測量的高程點(diǎn)展到CASS里面，然后再通過編程再結(jié)合CASS軟件讀入交換文件功能，從航測DEM數(shù)據(jù)中提取出與人工測量坐標(biāo)一致的航測高程點(diǎn)，最后在不同土地利用類型中，分別隨機(jī)抽取平面坐標(biāo)一致的兩類高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，抽取數(shù)量均為20個(gè)高程數(shù)據(jù)，由中誤差計(jì)算公式最終所得高程檢測結(jié)果如表2。

由表2可以看出：天狼星無人機(jī)航測生成的1：1000

大比例尺地形圖的高程精度，部分可以滿足測量規(guī)范的要求。滿足測量規(guī)范要求的是耕地和交通用地；不滿足測量規(guī)范要求的為園林和林地。由此可以看出，地表植被越高其高程精度越差，地表無植被或植被覆蓋越低，其高程精度越高。究其主要原因是植被覆蓋地表時(shí)，無人機(jī)航測后，通過空三加密計(jì)算出的高程是植被頂端的高程，植被覆蓋越高，計(jì)算出植被頂端的高程值就大。這與攝影測量的理論結(jié)果相一致。

表1

表2

結(jié)語

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用無人機(jī)航攝系統(tǒng)測繪1： 1000大比例尺地形圖時(shí)，其平面精度可以滿足測量規(guī)范的要求；但無人機(jī)航攝系統(tǒng)測繪1：1000大比例尺地形圖時(shí)，其高程精度只有部分滿足測量規(guī)范的要求。不滿足測量規(guī)范要求的土地利用類型主要是高大植被覆蓋的園地和林地。針對這一問題，在利用無人機(jī)航攝系統(tǒng)測繪1：1000大比例尺地形圖時(shí)，可以采用人機(jī)交互測繪的方法，對有高大植被覆蓋的測量區(qū)域，可利用人工RTK測量方法，從而在保證成圖精度的同時(shí)，提高作業(yè)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.014