何先寧

(四川中水成勘院測(cè)繪工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

鑒于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)具有外業(yè)測(cè)量工作量大、成本高、流程繁瑣及測(cè)量精度不高等技術(shù)缺陷，本文提出采用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)例，根據(jù)無人機(jī)UAV航測(cè)系統(tǒng)原理，經(jīng)無人機(jī)航空攝影和像片控制測(cè)量，采集基于Pix4D mapper航測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，并通過分析研究，為工程地形測(cè)繪提供決策依據(jù)。

1 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)分析

1.1 技術(shù)原理

無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)以UAV無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)為載體，集成了空中拍攝、無人機(jī)遙控遙測(cè)和視頻影像傳輸處理等多種技術(shù)。無人機(jī)航測(cè)技術(shù)主要借助無人機(jī)、影像航拍設(shè)備、地面航線設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件、無人機(jī)航攝飛行控制軟件、地面信息處理系統(tǒng)、機(jī)載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，獲取高分辨率及高精度遙感數(shù)字影像。通過無人機(jī)高空飛行作業(yè)，搭載數(shù)字航測(cè)設(shè)備進(jìn)行工程地形遙感測(cè)繪，借助信息數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)無人機(jī)航空攝影所得相關(guān)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行后期加工，從而制作形成符合各種比例尺精度要求及國家地形測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)的地圖產(chǎn)品。

1.2 工作流程

采用UAV無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行工程地形測(cè)繪時(shí)，需要經(jīng)過無人機(jī)航空攝影，布設(shè)區(qū)域網(wǎng)像控點(diǎn)進(jìn)行像片控制測(cè)量，全數(shù)字空中三角測(cè)量，相關(guān)數(shù)據(jù)采集及外業(yè)調(diào)繪及野外實(shí)測(cè)成果質(zhì)量驗(yàn)收幾個(gè)主要步驟流程，具體流程如圖1所示。

圖1 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)繪中的總體應(yīng)用流程

2 地形測(cè)繪工程實(shí)例概況

2018年6月，受單位委托，四川中水成勘院測(cè)繪工程有限責(zé)任公司承擔(dān)我國西南某市1∶2000現(xiàn)狀地形圖的測(cè)繪任務(wù)。該測(cè)區(qū)位于地形類別為山地，平均海拔為700 m，海拔最高處為850 m，最低處為550 m，測(cè)區(qū)實(shí)際面積為6.4 km2。總體來看，該測(cè)區(qū)地形高低起伏大，崎嶇不平，無法采用傳統(tǒng)全野外測(cè)繪方法進(jìn)行地形測(cè)繪，但測(cè)區(qū)工程總體平面視野開闊，適合航空攝影測(cè)量，故本工程決定采用無人機(jī)航測(cè)方案，高程系統(tǒng)和平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)和1980西安坐標(biāo)系。

3 無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1 P700E型無人機(jī)航空攝影

在綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件及測(cè)區(qū)地形面積、夏季空域情況等因素基礎(chǔ)上，本工程基于測(cè)量精度較高、續(xù)航時(shí)間較長的UX5-HP固定翼無人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量，同時(shí)借助鏡頭焦距為35 mm的Canon 5D Mark I數(shù)碼相機(jī)，嚴(yán)格按照本測(cè)區(qū)任務(wù)要求，采用自帶專業(yè)航線軟件設(shè)計(jì)無人機(jī)航空攝影測(cè)量飛行計(jì)劃。

本次測(cè)繪采用的無人機(jī)最大載重2.9 kg，測(cè)區(qū)無人機(jī)航飛最大速度為85 km/h，可持續(xù)續(xù)航約40 min。按照計(jì)劃，本次測(cè)繪任務(wù)主要由4個(gè)架次的無人機(jī)進(jìn)行飛行航測(cè)，相對(duì)航高為500 m，共設(shè)計(jì)飛行航線6條。在6.2 km。2的航飛面積內(nèi)飛行約2.5 h，最終一共獲取航空攝影圖像365幅。經(jīng)檢查，365張航空影像的反差適中，色彩總體來看清晰且均勻，而且色調(diào)正常，能夠滿足無人機(jī)航空攝影及地形測(cè)繪技術(shù)實(shí)施要求。

3.2 布設(shè)區(qū)域網(wǎng)像控點(diǎn)進(jìn)行像片控制測(cè)量

結(jié)合無人及飛行架次設(shè)計(jì)情況和測(cè)區(qū)地形條件，基于區(qū)域網(wǎng)布設(shè)像控點(diǎn)，將全測(cè)區(qū)劃分為若干網(wǎng)區(qū)，同時(shí)將平高控制點(diǎn)設(shè)置于2條及以上平行航線處，要求每對(duì)像控點(diǎn)實(shí)際像距應(yīng)≤4條基線，且應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位處分布。

為提高像片控制測(cè)量及加密像控點(diǎn)精度，測(cè)繪時(shí)，將高程點(diǎn)和平高點(diǎn)分別增設(shè)于本測(cè)區(qū)區(qū)域網(wǎng)的的凹角處和凸角處。本工程測(cè)區(qū)內(nèi)已建有四等GNSS控制網(wǎng)，為了確保加密控制點(diǎn)質(zhì)量，本工程在像片控制測(cè)量過程中，基于HBCORS網(wǎng)絡(luò)RTK聯(lián)測(cè)，考慮到該測(cè)區(qū)平均海拔較高，地形條件復(fù)雜，對(duì)高程控制點(diǎn)也進(jìn)行了平面坐標(biāo)測(cè)量。

3.3 基于Pix4D mapper全數(shù)字系統(tǒng)空中三角測(cè)量

在本工程全數(shù)字空中三角測(cè)量過程中，主要采用無需人工進(jìn)行干預(yù)的Pix4D mapper航測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。Pix4D mapper系統(tǒng)是一種高精度、全自動(dòng)以及快速的能夠基于無人機(jī)航空攝影遙感影像內(nèi)容，采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差軟件自動(dòng)對(duì)原始影像進(jìn)行真實(shí)定位和計(jì)算原始影像相關(guān)參數(shù)的區(qū)域網(wǎng)平差優(yōu)化技術(shù)。在實(shí)施中，主要基于該系統(tǒng)的全數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，分別經(jīng)過內(nèi)定向、相對(duì)定向和選取加密點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)、構(gòu)建區(qū)域網(wǎng)、連接模型、整理加密點(diǎn)成本等技術(shù)實(shí)施流程，獲得真實(shí)的空中三角測(cè)量成果。

3.4 相關(guān)數(shù)據(jù)采集及外業(yè)調(diào)繪

在采集相關(guān)測(cè)繪數(shù)據(jù)資料時(shí)，本研究主要基于一種新型數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)——MapMatrix，直接利用空三加密成果按照所見即所得方式準(zhǔn)確獲取全數(shù)字空中三角測(cè)量結(jié)果，并基于該數(shù)字產(chǎn)品建立和恢復(fù)立體模型，全要素采集并制作DOM數(shù)字正射影像和DLG數(shù)字線劃圖。

3.5 野外實(shí)測(cè)成果質(zhì)量驗(yàn)收

在野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)成果資料質(zhì)量檢查、驗(yàn)收過程中，首先需要按照一定比例要求，套合內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集所獲取的DOM數(shù)字正射影像圖資料和數(shù)字線劃圖DLG，然后，將數(shù)字圖紙打印為紙質(zhì)測(cè)繪成果資料圖，對(duì)照打印好的圖紙，通過外業(yè)調(diào)繪，針對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集不可見或遺漏的相關(guān)地物、地貌等，然后對(duì)其實(shí)際地物屬性信息進(jìn)行注記，經(jīng)依次經(jīng)過改正屋檐和高程點(diǎn)補(bǔ)測(cè)等質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)，最終基于CASS7. 0軟件編輯整飾成圖。

在檢查核DLG圖的質(zhì)量精度時(shí)，本工程實(shí)際采用HBCORS網(wǎng)絡(luò)RTK野外實(shí)測(cè)法，針對(duì)27.6%的外業(yè)調(diào)繪成果圖進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，其占野外巡視總比例的21.3%，有36幅，43幅經(jīng)過實(shí)地檢測(cè)，最終從圖上選取53個(gè)明顯地物點(diǎn)，主要包括“山頂”、“交叉道路點(diǎn)”、“房角”、“田坎交叉點(diǎn)”等幾個(gè)不同類型。

針對(duì)圖上采集的坐標(biāo)和野外實(shí)測(cè)坐標(biāo)進(jìn)行一一對(duì)比分析，根據(jù)“高程精度”和“平面精度”兩個(gè)方面的指標(biāo)要求進(jìn)行DLG圖精度統(tǒng)計(jì)匯總。

結(jié)果顯示：

(1)“田坎”地物類型平面精度的最大誤差為0.297 m，中誤差為0.190 m；而其高程精度的最大誤差為0.403 m，中誤差為0.37 m。

(2)“房角”地物類型的平面精度最大誤差為0.376 m，中誤差為0.27 m；而其高程精度的最大誤差為0.572 m，中誤差為0.47 m。

(3)“道路”地物類型的平面精度最大誤差為0.398 m，中誤差為0.29 m；而其高程精度的最大誤差為0.292 m，中誤差為0.27 m。

(4)“山頂”地物類型平面精度的最大誤差為0.562 m，中誤差為0.48 m；而其高程精度的最大誤差為0.699 m，中誤差為0.66 m。

通過上述數(shù)據(jù)結(jié)果可知，檢查地物點(diǎn)“田坎”、“房角”、“道路”及“山頂”四種地物類型平面位置最大誤差分別為0.297、0.572 、0.398、0.699 m，而按照我國現(xiàn)行基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果相關(guān)技術(shù)實(shí)施要求，1∶2000數(shù)字線劃圖(DLG) 地形圖中山地、高山地地物點(diǎn)的平面位置中誤差為0.8 m，而丘陵和平地處的中誤差為 0.6 m，另外山地、高山地、平地、丘陵四種地物類型地形圖上地物點(diǎn)高程中誤差允許值分別為 1.5 m和 0.7 m所以經(jīng)對(duì)比分析，本研究基于無人機(jī)UAV航測(cè)系統(tǒng)所獲取的案例工程地形測(cè)繪成果符合(CH/9008.1—2010)現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)要求，經(jīng)地形測(cè)繪所得數(shù)字線劃圖(DLG)成果經(jīng)綜合評(píng)定，結(jié)果均為“合格”，為工程后期建設(shè)實(shí)施提供了參考依據(jù)。

4 結(jié)語

城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐加快，對(duì)地形測(cè)繪技術(shù)和質(zhì)量均提出更高要求。在傳統(tǒng)地形測(cè)繪中，采用的測(cè)繪技術(shù)無法滿足大比例地形圖繪制需求，且只能在局部小范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)圖，相關(guān)測(cè)繪數(shù)據(jù)結(jié)果的更新則主要依賴于人工來完成。這種測(cè)繪工作方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且作業(yè)效率低，無法滿足當(dāng)今地理信息產(chǎn)業(yè)化時(shí)代的工程地形測(cè)繪要求。本文在某案例工程地形測(cè)繪中，采用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了測(cè)繪分析，最終取得符合要求的數(shù)字影像地形圖，為工程建設(shè)提供了豐富的數(shù)字化、可視化成果。