吳 昊 孟 將 李佳佳

（1.江蘇省測繪工程院，江蘇 南京 210013；2.南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210000）

關(guān)鍵字：無人機；DOM；基礎(chǔ)測繪；局部更新

在計算機技術(shù)和通信技術(shù)迅速發(fā)展的今天，人類社會進(jìn)入了數(shù)字化信息時代。在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中，數(shù)字化的地理信息數(shù)據(jù)已成為整個國家城市在各個領(lǐng)域進(jìn)行宏觀決策和規(guī)劃管理中必不可少的支撐條件，可作為地圖分析背景控制信息，并可由其提取自然資源和社會經(jīng)濟發(fā)展的歷史信息或最新信息，為國土資源調(diào)查、災(zāi)害防治和國民經(jīng)濟建設(shè)規(guī)劃等提供可靠依據(jù)，因此它對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的精度及現(xiàn)時性都提出了相當(dāng)高的要求。作為數(shù)字測繪“4d”產(chǎn)品之一的正射影像圖（DOM），因具有信息量豐富、直觀、經(jīng)濟實用、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點而日益受到用戶的青睞。

現(xiàn)階段基礎(chǔ)測繪的DOM數(shù)據(jù)主要是利用運5等類型大飛機進(jìn)行航攝生產(chǎn)，但由于其高昂的成本、嚴(yán)格的飛行條件以及對天氣的苛刻要求等，無法進(jìn)行隨時補攝更新，故而，基礎(chǔ)測繪的DOM數(shù)據(jù)一般更新周期為2～3年。這個更新周期，在城市擴張迅速、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日新月異的今天，已經(jīng)很難滿足所有用戶的需要。低空遙感技術(shù)是近年來在遙感技術(shù)基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的地理信息數(shù)據(jù)快速獲取技術(shù)，該技術(shù)利用無人飛機平臺搭載航空數(shù)碼相機進(jìn)行航空攝影，采用IMU/GPS技術(shù)進(jìn)行自動導(dǎo)航，在1 000 m以下進(jìn)行低空作業(yè)，具有機動靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、可云下攝影等特點，其對載人飛機航空遙感和衛(wèi)星遙感進(jìn)行了有效補充，具有廣泛的市場開發(fā)前景。

按照江蘇省“十三五”省級基礎(chǔ)測繪規(guī)劃的要求，2016年江蘇省測繪地理信息局組織完成了第一輪覆蓋全省陸域范圍0.3 m分辨率的基礎(chǔ)航空攝影，并制作了1∶10 000的數(shù)字正射影像圖。通過獲取的高分辨率航空攝影，直觀反映了我省這兩年來經(jīng)濟建設(shè)成績和社會發(fā)展變化的影像資源，滿足了社會各界對最新高分辨率影像產(chǎn)品的需求。但是，在完成第一輪航空攝影制作的過程中，局地必然又會發(fā)生新的變化。本文正是發(fā)揮無人機特點，以南京市鼓樓區(qū)江蘇省測繪局附近草場門區(qū)域為例，利用其嘗試了對基礎(chǔ)測繪DOM成果進(jìn)行局部更新。

1 技術(shù)路線

采用低空無人機航空攝影方式進(jìn)行局部基礎(chǔ)測繪1∶10 000比例尺數(shù)字正射影像更新的作業(yè)路線主要包含無人機影像數(shù)據(jù)獲取、無人機數(shù)據(jù)處理、影像重采樣拼接勻色處理三個過程。

1.1 無人機影像數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)前期基礎(chǔ)測繪已有的DOM資料結(jié)合實際變更情況，確定更新范圍。在無人機實施航攝前充分做好實地現(xiàn)場踏勘，了解測區(qū)范圍內(nèi)有無高層建筑、變電站、高壓線等影像飛機安全航攝的情況，尋找合適的起降場地。

充分考慮飛機平臺及載荷特性，做好前期詳細(xì)的航攝規(guī)劃。無人機低空航攝一般作業(yè)流程按照順序大致可以分為：測區(qū)天氣監(jiān)測→起降場地選擇→無人機安裝檢查→地面站及天線布設(shè)→航線上傳→飛機起飛→開始航攝→飛機著陸→取出存儲介質(zhì)→設(shè)備拆卸與裝箱。

1.2 無人機數(shù)據(jù)處理

無人機數(shù)據(jù)后處理一般包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、空中三角測量、密集點匹配點云、點云濾波、數(shù)字地面模型、數(shù)字正射影像生產(chǎn)等流程。無人機數(shù)據(jù)獲取后，通常利用無人機的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行POS輔助空中三角測量，根據(jù)導(dǎo)入的航攝儀參數(shù)完成像片的內(nèi)定向，根據(jù)內(nèi)定向模型、定姿定位數(shù)據(jù)及影像進(jìn)行影像特性點匹配，并以此進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)的自由網(wǎng)部分約束平差解算，建立在空間尺度可以適度自由變形的立體模型，完成相對定向；將外業(yè)測定的像片控制點成果，在內(nèi)業(yè)環(huán)境中進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，利用這些點對已有區(qū)域網(wǎng)模型進(jìn)行約束平差解算，將區(qū)域網(wǎng)納入精確的大地坐標(biāo)系統(tǒng)中，完成絕對定向。

使用上工序空中三角測量解算出的無人機低空航空攝影測量空三加密數(shù)據(jù)，對區(qū)域網(wǎng)模型中的多度重疊影像，利用計算機視覺方法進(jìn)行影像密集匹配處理，獲取海量點云數(shù)據(jù)，進(jìn)行點云粗差去除和數(shù)據(jù)濾波處理，再通過點云數(shù)據(jù)構(gòu)網(wǎng)后內(nèi)插的方法生成基于無人機低空航空攝影數(shù)據(jù)及空三加密成果的DSM。生產(chǎn)出的DSM作為影像投影差改正對原始影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正，生產(chǎn)出數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)。

1.3 影像處理

對無人機生產(chǎn)的高分辨率正射影像進(jìn)行降分辨率處理，生成與基礎(chǔ)測繪已有DOM一致分辨率的影像，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)對兩期影像進(jìn)行勻色、拼接，裁剪生成新的DOM。

2 應(yīng)用案例

2.1 研究區(qū)域概況

南京位于長江下游中部地區(qū)，江蘇省西南部，地理坐標(biāo)為北緯31°14"至32°37"，東經(jīng)118°22"至119°14"。本次研究區(qū)域為南京草場門附近，即南京市虎踞路與北京西路十字路口（31°03′44.83"，118°45′01.87"）周圍700 m×800 m范圍。本輪更新的DOM是按本次“十三五”省級基礎(chǔ)測繪規(guī)劃的要求，于2016年由江蘇省測繪地理信息局組織完成的第一輪覆蓋全省陸域范圍0.3 m分辨率的基礎(chǔ)航空攝影，并制作的1∶10 000 的數(shù)字正射影像圖。在本次新一輪基礎(chǔ)測繪航空攝影數(shù)據(jù)采集時，該地正處在地鐵施工階段，整個路面破碎不堪。待本輪DOM制作更新完成時，該地鐵施工已結(jié)束，路面行道線鋪設(shè)完成、植被移栽到位，故本輪更新的DOM已無法真實反映該區(qū)域主要地物面貌。

2.2 更新方案

本次航攝使用的是瑞士Sensefly于 2013年發(fā)布的eBee輕小型無人機，該飛機具有攜帶方便、轉(zhuǎn)場快等特點，能夠快速獲取高分辨率影像，在小范圍信息獲取方面有很大的優(yōu)勢。飛機的主要參數(shù)如表1所示。

表1 eBee型無人飛機主要參數(shù)表

本次航攝，共計飛行一個架次，地面分辨率為0.07 m。針對該區(qū)域從已有的控制點庫中選取了4個控制點和2個檢查點，利用InPho對無人機航攝影像進(jìn)行了后續(xù)處理，并將最終的無人機DOM成果重采樣成地面分辨率為0.3米的影像，實現(xiàn)與已有DOM成果的無縫拼接。

圖1 草場門區(qū)域1∶10 000DOM更新前后

2.3 精度檢測

為了了解無人機生產(chǎn)的DOM影像數(shù)據(jù)的平面精度，保證基礎(chǔ)測繪DOM成果的準(zhǔn)確性，后期利用RTK進(jìn)行野外碎部點檢測，點位主要分布于更新區(qū)域南北主干道上，并與影像上選取的同名地物點平面坐標(biāo)進(jìn)行差值比較和統(tǒng)計，得出無人機DOM影像數(shù)據(jù)的平面精度。

圖2 檢測點分布示意圖

本次檢測點一共選取了8個，主要檢測XY平面誤差，誤差分布情況見圖3。檢測X中誤差0.035 m，Y中誤差0.057 m，徑向方向中誤差為0.068 m。影像的平面精度較好，完全可以作為成果與現(xiàn)有基礎(chǔ)測繪DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行融合拼接，為本次DOM局部更新提供了精度保證。

圖3 誤差分布圖

3 結(jié)語

基礎(chǔ)測繪DOM影像成果是服務(wù)于制定國民經(jīng)濟與社會發(fā)展、國土規(guī)劃與地區(qū)經(jīng)濟規(guī)劃的一種必不可少的手段，從中提取自然資源和社會經(jīng)濟發(fā)展的歷史信息或最新信息，為防治災(zāi)害和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

無人機具有輕便易攜、靈活機動等特點，經(jīng)過實踐檢查，利用該方法對基礎(chǔ)測繪DOM局部更新修補，縮短DOM生產(chǎn)與更新周期，保證其時效性具有重要實際應(yīng)用意義。該思路拓寬了無人機應(yīng)用的廣度，具有廣闊的應(yīng)用前景。