孟凡超

摘要：無人機(jī)攝影技術(shù)是新世紀(jì)以來遙感領(lǐng)域新型的低空測(cè)量技術(shù)，已經(jīng)作為一項(xiàng)成熟的測(cè)量與遙感技術(shù)手段逐漸取得測(cè)繪與GIS行業(yè)的認(rèn)可與廣泛應(yīng)用，為國家農(nóng)村宅基地確權(quán)、應(yīng)急測(cè)繪、現(xiàn)代城市建設(shè)等提供了解決方案。本文通過實(shí)例驗(yàn)證了基于無人機(jī)攝影技術(shù)在1：1000地形圖測(cè)繪中的的可行性，為同類項(xiàng)目的開展積累經(jīng)驗(yàn)和提供參考。

Abstract： UAV photography technology is a new low altitude measurement technology in remote sensing field since the new century. As a mature measure and remote sensing technology， UAV photography technology has been gradually recognized and widely used in surveying and mapping and GIS industry， providing solutions to national rural homestead confirmation， emergency mapping， modern urban reform and so on. This paper verifies the feasibility of aerial vehicle photography technology in surveying and mapping of 1： 500 topographic map through examples， which can provide experience and reference for similar projects.

關(guān)鍵詞：無人機(jī);航空攝影;地形圖測(cè)繪;應(yīng)用

Key words： UAV;aerial photography;topographic mapping;application

中圖分類號(hào)：P217;P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）12-0146-03

0 ?引言

近年來，大比例尺地形圖測(cè)繪的最主要的方法是利用全站儀、RTK等設(shè)備來進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量，使用這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是全站儀、RTK在國內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)都比較成熟，成圖精度高，且設(shè)備采購價(jià)格相對(duì)便宜，但是這種方法也有著成圖周期長、成本較高、需要大量的人力來進(jìn)行外業(yè)測(cè)量等缺點(diǎn)。伴隨無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，無人機(jī)攝影技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，利用航空影像測(cè)制作地形圖的技術(shù)也有了質(zhì)的變化，無論是在成圖周期、控制成本、節(jié)省人力等方面比之傳統(tǒng)測(cè)量都有很高的提升。本文以安行虎蝠H-18無人機(jī)為例，參考測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，介紹了在1：1000測(cè)圖中應(yīng)用無人機(jī)低空攝影技術(shù)的實(shí)踐過程，并深度分析了該實(shí)踐過程。

1 ?無人機(jī)平臺(tái)及傳感器參數(shù)

1.1 安行虎蝠H-18無人機(jī)詳細(xì)參數(shù)

本測(cè)區(qū)無人機(jī)采用安行虎蝠H-18無人機(jī)，其單架次作業(yè)面積為8km2-20km2，載荷重量為3kg，最大續(xù)航時(shí)間為100分鐘，無中繼通訊距離為20km，姿態(tài)穩(wěn)定精度為橫滾±5°、俯仰±5°、偏旋±10°，航線控制精度為偏航距±3m、航高差±2m、航跡向差±3°，最大飛行速度為130km/h，抗風(fēng)能力約6級(jí)，爬升角為30°。

1.2 傳感器參數(shù)

本測(cè)區(qū)航飛采用賓得645D相機(jī)，該相機(jī)采用最新的PRIME II影像處理器，有效像素高達(dá)4000萬，經(jīng)測(cè)試畸變精度更標(biāo)準(zhǔn)。具體參數(shù)見表1。

2 ?基于某測(cè)區(qū)的無人機(jī)航測(cè)大比例尺測(cè)圖實(shí)踐

2.1 技術(shù)設(shè)計(jì)方案

應(yīng)選擇地勢(shì)較為平坦地形作為試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行1：1000地形圖航空攝影測(cè)量，便于滿足測(cè)繪市場對(duì)無人機(jī)精度的需求，檢驗(yàn)無人機(jī)低空攝影對(duì)地形圖測(cè)繪的精度要求。為保證影響質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)技術(shù)方案。為獲取更高的影像質(zhì)量，地面分辨率應(yīng)為0.05m。按常規(guī)方法設(shè)計(jì)航線，通常在攝區(qū)邊界線上或邊界線外設(shè)計(jì)平行于測(cè)區(qū)邊界線的首末航線，如此可保證測(cè)區(qū)邊界實(shí)際覆蓋至少超過像幅的30%。若不影響業(yè)內(nèi)正常加密及測(cè)像片控制點(diǎn)布置方便，旁向超出測(cè)區(qū)邊界線不少于像幅的15%，可視為合格。在不影響飛行中航線及姿態(tài)的情況下，可適當(dāng)增加旁向重疊率。

2.2 航線規(guī)劃

結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際情況，航線設(shè)計(jì)相機(jī)焦距為35mm，相機(jī)拍攝間隔為131m，航帶間隔為240m，分辨率0.05m，相對(duì)航高275m，航向重疊度設(shè)置為75%，旁向重疊度設(shè)置為55%。大致需要16個(gè)架次的飛行，每個(gè)架次飛行時(shí)間1個(gè)小時(shí)，無人機(jī)航飛線路如圖1所示。

2.3 作業(yè)流程

①初始化處理：利用航攝后處理軟件pix4d導(dǎo)入pos和原始照片進(jìn)行處理，設(shè)置坐標(biāo)系、相機(jī)參數(shù)后進(jìn)行初始化處理。

②刺相控點(diǎn)：在做空三加密時(shí)首先要做像控點(diǎn)的刺點(diǎn)，在選定地面像控點(diǎn)之后，要在航攝像片上表示出其具體的位置，這樣才能把外業(yè)測(cè)量的像控點(diǎn)的坐標(biāo)與像片上的點(diǎn)位對(duì)應(yīng)起來。像片刺點(diǎn)的精度是保證加密之后點(diǎn)位精度的最重要一環(huán)，如果刺點(diǎn)不正確，經(jīng)常會(huì)造成內(nèi)業(yè)的返工，從而延誤時(shí)間。因此在做這項(xiàng)工作時(shí)必須要做到判準(zhǔn)、刺準(zhǔn)。具體操作就是將相控點(diǎn)對(duì)照點(diǎn)之記，在照片中刺出，同一個(gè)相控點(diǎn)刺點(diǎn)照片不得少于3張，對(duì)于位于相控點(diǎn)位于邊緣的照片、影像模糊相控點(diǎn)難以分辨的照片可以舍去不刺。

③生成點(diǎn)云模型：通過空三加密過程，若外業(yè)像控成果經(jīng)內(nèi)業(yè)檢核無異常，可直接使用外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)提供下工序使用，反之，則需要使用空三加密后的成果資料提供下工序使用，針對(duì)空三加密過程中出現(xiàn)的異常情況應(yīng)及時(shí)分析原因并采取應(yīng)對(duì)措施，若在加密區(qū)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)像控點(diǎn)，可將其忽略。生成正射影像圖，同時(shí)自動(dòng)生成點(diǎn)云模型。

④特征點(diǎn)采集：對(duì)于貼近地表的地物，如一、二層房屋、道路等，可直接在正射影像圖中采集;高程房屋等明顯高出地表的地物，可在點(diǎn)云模型中進(jìn)行采集。詳見圖2、圖3。

⑤高程點(diǎn)采集：高程點(diǎn)可直接在點(diǎn)云模型中進(jìn)行采集，可批量導(dǎo)出后篩選。詳見圖4。

⑥符號(hào)化：將所有特征點(diǎn)、線導(dǎo)入CASS軟件按照規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行符號(hào)化，同時(shí)自動(dòng)生成等高線，生成數(shù)字線劃圖。地物、地貌要素的采集按編碼分層進(jìn)行采集分類碼執(zhí)行《1：500 1：1000 1：2000地形圖要素分類與代碼》GB/T 20257.1-2007。

⑦線劃圖檢查、等高線修整、地物修飾、圖幅裁切分幅，制作接圖表，出具最終數(shù)字線劃圖成果。詳見圖5所示。

3 ?精度檢查

為驗(yàn)證無人機(jī)輔助測(cè)圖的的可行性和精度，采用GPS-RTK進(jìn)行了實(shí)地采點(diǎn)檢查，均勻選取30個(gè)包括可以快速識(shí)別的特征點(diǎn)（包括房角，墻角、道路拐角、井蓋、溝渠等），經(jīng)過對(duì)比外業(yè)檢查點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)與圖上坐標(biāo)，計(jì)算出每個(gè)檢查點(diǎn)的平面中誤差（詳見表2）;同時(shí)在實(shí)驗(yàn)區(qū)均勻?qū)崪y(cè)30個(gè)高程檢查點(diǎn)，通過等高線內(nèi)插高程值的方法計(jì)算出實(shí)測(cè)點(diǎn)在被測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的圖上高程，通過對(duì)比計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的高差（詳見表3）。根據(jù)點(diǎn)位中誤差計(jì)算公式可算出地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差3.98cm，高程點(diǎn)中誤差4.20cm。經(jīng)檢測(cè)地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于地形圖成圖規(guī)定的中誤差，這說明無人機(jī)輔助測(cè)圖是可行的。

4 ?結(jié)論

隨著城市的飛速發(fā)展，人們對(duì)地形圖測(cè)繪技術(shù)的更新速度和周期提出了更高的要求，更新慢、周期長的傳統(tǒng)地形圖測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)數(shù)字地形圖及數(shù)字產(chǎn)品的需求。為保證城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，本文在1：1000地形圖測(cè)繪中利用無人機(jī)航攝技術(shù)將大量外業(yè)工作轉(zhuǎn)移至內(nèi)業(yè)測(cè)圖，提高了其在地形圖測(cè)圖作業(yè)中的效率。該方法在精度、操作、靈活機(jī)動(dòng)等方面都有較大的優(yōu)勢(shì)，特別適用于小范圍大比例尺的地形圖測(cè)繪，是傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)不能相比的，必將全面應(yīng)用于大比例尺測(cè)圖。

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