王海濤，耿守民，李 銳，柴文博

（陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018）

隨著無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，無(wú)人機(jī)航攝業(yè)務(wù)在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量技術(shù)不僅應(yīng)用于小比例尺地形圖的測(cè)繪，還被應(yīng)用于大比例尺地形圖的測(cè)繪中。采用華鷂P310 無(wú)人機(jī)、大疆悟2 和精靈4 小型無(wú)人機(jī)先后完成了《神木縣散岔水庫(kù)工程可行性研究項(xiàng)目》1/1000地形圖測(cè)量、《渭南市生態(tài)公園右岸水系擴(kuò)大及景觀提升工程項(xiàng)目》1/500 地形圖測(cè)量、《神木市活雞兔溝中雞鎮(zhèn)段防洪工程初步設(shè)計(jì)測(cè)量項(xiàng)目》1/1000 地形圖測(cè)量、《鳳翔縣后河水庫(kù)工程可行性研究報(bào)告測(cè)量項(xiàng)目》1/1000 地形圖測(cè)量等多個(gè)測(cè)繪項(xiàng)目，本文結(jié)合已完成項(xiàng)目的具體情況來(lái)進(jìn)行無(wú)人機(jī)航攝大比例尺地形圖的精度分析及優(yōu)化措施。

1 低空攝影飛行設(shè)備

1.1 華鷂P310 型無(wú)人機(jī)

該飛機(jī)屬于混合翼無(wú)人機(jī)，可以垂直起降，目前主要用于正射影像測(cè)量，每架次飛行可完成1/1000 比例尺6 km2～8 km2航攝任務(wù)，每天可完成2～3 架次，適用于大面積航攝任務(wù)，其后期數(shù)據(jù)處理是通過(guò)工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)采集技術(shù)性強(qiáng)，對(duì)采集人員業(yè)務(wù)要求高，對(duì)電腦配置也有一定要求。

1.2 大疆悟2、精靈4 系列無(wú)人機(jī)

大疆系列無(wú)人機(jī)體型小，攜帶方便，適合小面積航攝任務(wù)，目前主要用于傾斜攝影測(cè)量，全天作業(yè)可完成航攝任務(wù)如下：精靈4 可飛1/1000 比例尺地形圖1.8 km2～2.2 km2，悟2 飛1/1000 比例尺地形圖1.6 km2～2.0 km2。后期通過(guò)smart 3D 軟件生成三維模型和正射影像，在三維模型上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，正射影像上進(jìn)行地物繪制，采集過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)作業(yè)人員技術(shù)要求較低，外業(yè)人員都可以直接上手作業(yè)。smart 3D 軟件建模同樣對(duì)電腦配置有一定的要求。

綜合比較以上兩個(gè)系列無(wú)人機(jī)的作業(yè)模式，在作業(yè)效率方面各有千秋。華鷂P310 型無(wú)人機(jī)外業(yè)航攝效率高，能滿足大面積任務(wù)航攝，但內(nèi)業(yè)處理對(duì)人員、對(duì)設(shè)備要求高，想提高工作效率，有瓶頸限制；大疆系列無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量外業(yè)效率低，只能滿足小面積航攝任務(wù)，建議3 km2以下使用才會(huì)有較高經(jīng)濟(jì)效率，內(nèi)業(yè)建模對(duì)電腦配置要求高，內(nèi)業(yè)采集簡(jiǎn)單易上手。

2 無(wú)人機(jī)航攝大比例尺地形圖精度的分析

影響航攝大比例尺地形圖精度的因素主要來(lái)源于航片的畸變誤差，像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量誤差，空三解算時(shí)的刺點(diǎn)誤差，內(nèi)業(yè)人員數(shù)據(jù)采集時(shí)由于人眼觀測(cè)精度影響產(chǎn)生的“人差”，以及外業(yè)飛行質(zhì)量引起的飛行pos 數(shù)據(jù)誤差和影像誤差。

2.1 華鷂P310 型無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝大比例尺地形圖精度分析

（1）神木市活雞兔溝中雞鎮(zhèn)段防洪工程初步設(shè)計(jì)測(cè)量項(xiàng)目采用華鷂P310 型無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝。該測(cè)區(qū)位于神木市活雞兔溝中雞鎮(zhèn)，測(cè)區(qū)多為煤礦開(kāi)采區(qū)，地形極為破碎，河道有常流水。成圖比例尺為1/1000，航攝分辨率為6 cm，飛行航高465 m，成圖面積為1.5 km2，布設(shè)像控點(diǎn)30 個(gè)。外業(yè)采集精度檢測(cè)點(diǎn)42 個(gè)，通過(guò)比較計(jì)算得地形圖測(cè)繪平面中誤差為±0.17 m，高程中誤差為±0.14 m。

（2）渭南市生態(tài)公園右岸水系擴(kuò)大及景觀提升工程測(cè)量采用無(wú)人機(jī)航攝完成1/500 地形圖測(cè)繪，航攝分辨率為4 cm，飛行航高310 m，成圖面積為3.9 km2，布設(shè)像控點(diǎn)56 個(gè)。外業(yè)采集精度檢測(cè)點(diǎn)29 個(gè)，通過(guò)比較計(jì)算得地形圖測(cè)繪平面中誤差為±0.10m，高程中誤差為±0.11m。

2.2 大疆型無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝大比例尺地形圖精度分析

（1）麟游縣馬家河水庫(kù)工程可研階段測(cè)量項(xiàng)目采用大疆悟2無(wú)人機(jī)進(jìn)行航攝測(cè)繪。該項(xiàng)目位于麟游縣九成宮鎮(zhèn)馬勺灣村馬家河，測(cè)區(qū)屬于山地地形，溝壑山地錯(cuò)綜復(fù)雜，高程為850 m～1150 m 之間，比高為300 m，施測(cè)時(shí)正值夏季，兩岸山坡樹(shù)林茂密，周邊耕地植被枝葉繁茂，布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)對(duì)地表的植被進(jìn)行清理，才可滿足上空空曠，實(shí)地地形和密實(shí)的植被嚴(yán)重限制了像控點(diǎn)的布設(shè)。成圖比例尺為1/1000，航攝分辨率為4.2 cm，飛行航高200 m，成圖面積為0.76 km2，布設(shè)像控點(diǎn)16 個(gè)。外業(yè)采集精度檢測(cè)點(diǎn)136 個(gè)，通過(guò)比較計(jì)算得地形圖測(cè)繪平面中誤差為±0.11 m，高程中誤差為±0.13 m。

（2）鳳翔縣后河水庫(kù)工程可行性研究報(bào)告測(cè)量項(xiàng)目航攝1/1000 地形圖，該測(cè)區(qū)屬山地地形，溝深240 多米，為保證溝底有足夠分辨率，對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行分塊飛行。成圖面積2.2 km2，平均分辨率6 cm，飛行航高272 m，布設(shè)像控點(diǎn)20 個(gè)，外業(yè)采集精度檢測(cè)點(diǎn)191 個(gè)，通過(guò)比較計(jì)算得地形圖測(cè)繪平面中誤差為±0.34 m，高程中誤差為±0.21 m。

分析總結(jié)以上四個(gè)具體實(shí)例，得出以下統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。

表1 不同項(xiàng)目低空攝影測(cè)量精度統(tǒng)計(jì)情況

在《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》CH/Z 3003-2010 中明確規(guī)定了低空攝影測(cè)量數(shù)字線畫(huà)圖（B 類(lèi)）、數(shù)字正射影像圖（B 類(lèi)）的地物點(diǎn)對(duì)附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差和高程中誤差，具體限差見(jiàn)表2。

表2 平面位置中誤差和高程中誤差最小限差統(tǒng)計(jì)

結(jié)合表1 和表2 綜合分析，無(wú)論是采用航攝正射影像還是采用傾斜攝影建模進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪，都能滿足《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》CH/Z 3003-2010 中對(duì)無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量平面和高程的限差要求。

3 無(wú)人機(jī)航攝大比例尺地形圖精度優(yōu)化措施

（1）盡量做到先像控后攝影，提高像控點(diǎn)精度。

像控點(diǎn)精度直接影響測(cè)圖精度。像控點(diǎn)的精度一般包含兩個(gè)方面，一是像控點(diǎn)的測(cè)量精度，二是像控點(diǎn)影像目標(biāo)精度。前者誤差主要來(lái)源于像控點(diǎn)測(cè)量，目前采用GPS-RTK 技術(shù)測(cè)量精度相對(duì)較高；后者主要是像控點(diǎn)布設(shè)大小及地表影像紋理的豐富程度，隨著不同地形情況其精度影響有所不同，為了控制像控點(diǎn)影像目標(biāo)精度，建議將像控點(diǎn)目標(biāo)寬度選擇在1～2 個(gè)最小分辨率，才能保證目標(biāo)的清晰。

（2）定期檢測(cè)相機(jī)，提高畸變參數(shù)精度。

無(wú)人機(jī)航攝采用的是非量測(cè)相機(jī)，影像畸變相對(duì)較大，且不穩(wěn)定，建議牢固固定相機(jī)鏡頭，使其左右、前后不晃動(dòng)，不伸縮，其次還有定期檢校相機(jī)畸變參數(shù)，保證畸變參數(shù)精度。

（3）優(yōu)化相機(jī)航攝參數(shù)，提高影像清晰度。

影像清晰度受飛機(jī)飛行速度、相機(jī)快門(mén)速度、光圈值和感光度、天氣等因素影響，選擇天氣條件好的時(shí)間段設(shè)置合適的相機(jī)參數(shù)進(jìn)行航攝。以索尼A7R2 型號(hào)的相機(jī)為例，在拍攝時(shí)照片的光圈值處于5～8 之間，照片質(zhì)量相對(duì)較好，圖像色彩信息比較豐富。

（4）及時(shí)更新升級(jí)空三加密軟件，提高影像匹配質(zhì)量。

新版本的空三加密處理軟件其算法會(huì)更加合理，使影像匹配質(zhì)量能進(jìn)一步提高。

（5）工程設(shè)計(jì)直接基于三維模型，避免成果精度流失。

目前無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量主要通過(guò)建立真實(shí)三維模型，然后在三維模型上用其他采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后再編輯生成線劃圖供設(shè)計(jì)人員使用。這樣的作業(yè)方式不但程序復(fù)雜，容易讓測(cè)繪成果精度流失，而且測(cè)繪成果呈現(xiàn)不夠直觀明了，沒(méi)有充分發(fā)揮三維模型的作用?；谶@種實(shí)際情況，建議將生成的三維模型直接提供設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員在三維模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣既避免了航攝成果精度的流失，又使設(shè)計(jì)成果更加直觀。三維模型上具有真實(shí)的坐標(biāo)和高程，在其上直接進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，可以直接計(jì)算工程量。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合華鷂P310 無(wú)人機(jī)、大疆悟2 和精靈4 小型無(wú)人機(jī)在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用情況，分析不同類(lèi)型無(wú)人機(jī)低空攝影技術(shù)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的精度情況，經(jīng)分析各類(lèi)型無(wú)人機(jī)在大比尺測(cè)繪中精度均滿足規(guī)范要求。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出提高和保障大比尺地形圖精度的措施，為無(wú)人機(jī)在大比尺地圖的測(cè)量提供參考。