楊志強(qiáng)

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)，甘肅 天水 741002）

以往傳統(tǒng)攝影測(cè)量只能進(jìn)行二維空間構(gòu)建及繪制，隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，利用傳感器從三維場(chǎng)景來反應(yīng)真實(shí)環(huán)境的攝影技術(shù)被逐漸推廣應(yīng)用。利用無人機(jī)進(jìn)行航空攝像，并將采集的影像數(shù)據(jù)通過建立三維空間模型，這一技術(shù)的興起被廣泛的應(yīng)用于地形圖測(cè)繪、城市規(guī)劃、工程測(cè)繪及文物保護(hù)等方面，例如管文晉（2019）將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于礦山測(cè)繪中，并實(shí)踐驗(yàn)證了該技術(shù)能充分滿足礦山測(cè)繪基本要求[1]；劉兆慧等（2019）針對(duì)以往全站儀采集和測(cè)量土石方工程任務(wù)繁瑣耗時(shí)較長的問題，采用無人機(jī)傾斜測(cè)量技術(shù)計(jì)算土石方量，結(jié)果驗(yàn)證了這一技術(shù)具有計(jì)算準(zhǔn)確、效率較高的優(yōu)勢(shì)[2]；孫杰等（2019）分析了各類無人機(jī)飛行平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多種傾斜攝影技術(shù)方案，研發(fā)出了多種規(guī)格型號(hào)無人機(jī)傾斜攝影設(shè)備[3]；金輝（2019）利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域進(jìn)行可視化，為安全隱患排除和救援工作提供便利[4]。對(duì)于無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)方法方面，國內(nèi)外工作者進(jìn)行了大量的研究及實(shí)踐，對(duì)于正射影像制作及航拍設(shè)計(jì)方面，實(shí)踐案例相比較少[5-7]。本文以額濟(jì)納旗無人機(jī)航空攝影及正攝影像制作技術(shù)為案例，收集額濟(jì)納旗已有地形資料，并通過實(shí)地踏勘，進(jìn)行了無人機(jī)航飛以及正射影像的制作，為正攝影像測(cè)量技術(shù)提供借鑒。

1 測(cè)區(qū)范圍及自然地理概況

額濟(jì)納旗地處祖國北疆，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)最西端，東與阿拉善右旗毗鄰，西南與甘肅省酒泉市交界，北與蒙古國接壤，國境線全長507.147公里。全旗現(xiàn)轄3個(gè)鎮(zhèn)、5個(gè)蘇木、19個(gè)嘎查村，總面積11.46萬km2，約占全區(qū)總面積的十分之一。居住著蒙、漢、回、藏等9個(gè)民族3.3萬余人，是一個(gè)以蒙古族為主體的邊境多民族聚居旗。歷史悠久的額濟(jì)納旗，早在原始社會(huì)就有人類活動(dòng)，堪稱東西石器文化的連接點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 投入的儀器設(shè)備

航空攝影設(shè)備：LTBT-測(cè)繪鷹航測(cè)遙感無人機(jī)平臺(tái)（最小失速速度：50km/h、續(xù)航時(shí)間：3h、最小起降距離：50m、有效任務(wù)載荷：5kg）、佳能尼康 D800相機(jī) （像幅為7360*4912、6300萬像素、像素大小4.88微米、焦距長度7367.37像素）、飛思P65+相機(jī)（像幅為8984*6732、6000萬像素、像素大小6微米、焦距長度5959.46像素），地面控制系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。圖形工作站，空三加密軟件PixelGrid，pixel4Dmapper，勻色軟件OrthoMosaic，裁圖軟件GlobalMapper，圖像處理軟件Photoshop。

2.2 航飛計(jì)劃

設(shè)計(jì)用圖的選擇：選擇1：1萬比例尺地形圖作為航攝設(shè)計(jì)用圖。

攝影比例尺：航攝比例尺根據(jù)農(nóng)村土地承包經(jīng)營確權(quán)1：2000比例尺的特點(diǎn)，結(jié)合攝區(qū)的地形條件，設(shè)定地面分辨率保持0.1m。

攝影航線布設(shè)：額濟(jì)納旗達(dá)來呼布鎮(zhèn)航飛分區(qū)圖和航線布設(shè)圖如圖1所示。

圖1 航線布設(shè)圖

2.3 像片控制測(cè)量

根據(jù)測(cè)區(qū)地形特點(diǎn)和航攝計(jì)劃情況，本測(cè)區(qū)像控點(diǎn)采用航線布點(diǎn)法，就是在每條航線上平均隔6條基線跨度布設(shè)一個(gè)平高點(diǎn)。

像控點(diǎn)盡量選在道路行車線、斑馬線、花臺(tái)角、影像小于0.2mm的點(diǎn)狀地物中心等明顯的地方；若確無明顯地方，可分開布設(shè)平面、高程控制點(diǎn)，一般不要選在房角、有草叢的田埂、有弧度的田角等，當(dāng)布設(shè)的點(diǎn)高于地面時(shí)，還應(yīng)提供該點(diǎn)至地面的比高。

2.4 數(shù)據(jù)檢查

航空攝影成果質(zhì)量檢查采用內(nèi)業(yè)程序檢查配合人機(jī)交互檢查的方法，外業(yè)檢查只對(duì)樣品的實(shí)際精度進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)采用蒼穹GPS-RTK接收機(jī)，依托GPS CORS平臺(tái)，在實(shí)地測(cè)量正射影像圖上同名點(diǎn)的坐標(biāo)，后與正射影像圖的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)得其誤差值。

3 技術(shù)實(shí)施

3.1 像控點(diǎn)測(cè)量

根據(jù)測(cè)區(qū)地形特征和航攝資料情況，本測(cè)區(qū)采用平高區(qū)域網(wǎng)單航帶雙模型布網(wǎng)，用CORS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，作為像控點(diǎn)測(cè)量工作的起算數(shù)據(jù)。共完成22個(gè)像控點(diǎn)測(cè)量。平均900m一個(gè)像控點(diǎn)。如圖2所示。

圖2 額濟(jì)納旗像控點(diǎn)分布圖

3.2 航測(cè)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生成

1）根據(jù)現(xiàn)行國家法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范精度要求，對(duì)航空影像和外業(yè)控制點(diǎn)資料進(jìn)行分析，確認(rèn)其可以滿足空三加密作業(yè)要求，進(jìn)而合理劃分加密分區(qū)，編制加密計(jì)劃。

2）按編制的加密計(jì)劃，開始建立相應(yīng)的加密分區(qū)工程；設(shè)置測(cè)區(qū)基本參數(shù)，建立相機(jī)文件、控制點(diǎn)文件。

3）按加密分區(qū)建立測(cè)區(qū)影像航線列表，對(duì)原始影像進(jìn)行畸變差改正。

4）內(nèi)定向：采用全自動(dòng)內(nèi)定向。

5）添加相鄰航線間的偏移點(diǎn)（即航帶間連接點(diǎn)），相鄰航線間只加首尾兩點(diǎn)，航線較長或旋偏角較大時(shí)增加連接點(diǎn)的密度，以利于航線間自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)。

6）相對(duì)定向、全自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)由軟件自動(dòng)計(jì)算完成。在大面積水域或大面積植被覆蓋情況下，軟件會(huì)自動(dòng)記錄并在計(jì)算完成后提示哪些模型無法自動(dòng)完成，由人工干預(yù)適當(dāng)加些關(guān)聯(lián)點(diǎn)再自動(dòng)匹配計(jì)算即可完成。

7）自動(dòng)挑點(diǎn)。調(diào)用PixelGrid計(jì)算，選用5*3的模式進(jìn)行挑點(diǎn)。

8）自動(dòng)挑點(diǎn)后，檢查加密區(qū)的點(diǎn)位分布情況，保證測(cè)區(qū)中每一張影像三度重疊區(qū)的上、中、下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位上必須有連接點(diǎn)；對(duì)少點(diǎn)、無點(diǎn)的影像進(jìn)行人工添加連接點(diǎn)，處于影像邊緣點(diǎn)進(jìn)行刪除，以保證控制網(wǎng)的精度、強(qiáng)度。

9）對(duì)于大面積落水區(qū)域，在影像落水區(qū)域的邊上按間隔1～1.5cm添加連接點(diǎn)，使落水區(qū)域附近的像點(diǎn)網(wǎng)有一個(gè)穩(wěn)固的邊界，從而減少落水區(qū)域的影響。

10）量測(cè)像控點(diǎn)：根據(jù)外業(yè)像控點(diǎn)刺點(diǎn)說明和點(diǎn)位略圖，實(shí)行立體觀測(cè)切準(zhǔn)點(diǎn)位，添加外業(yè)像控點(diǎn)。

11）平差計(jì)算：利用光束法區(qū)域網(wǎng)平差方法進(jìn)行整測(cè)區(qū)平差。

12）加密分區(qū)接邊：在單區(qū)網(wǎng)加密精度達(dá)到要求的條件下，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)間接邊處理。在網(wǎng)間接邊處選取明顯同名點(diǎn)，分別重新計(jì)算，解求同一點(diǎn)位在不同網(wǎng)中的坐標(biāo)，并進(jìn)行比較；評(píng)判較差是否在允許的范圍之內(nèi)，如果達(dá)不到要求，分別分析接邊網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)強(qiáng)度以及解算可靠性，經(jīng)過修改、完善，重新進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)行比較，直至網(wǎng)間公共點(diǎn)的殘差中誤差符合規(guī)范要求。

3.3 正射影像圖制作

1）在影像處理系統(tǒng)中，導(dǎo)入空三加密成果，生成立體像對(duì)。按照需求設(shè)置間距，計(jì)算單模型DSM。

2）通過設(shè)置不同的參數(shù)進(jìn)行各種有針對(duì)性的操作：保留山體、或者去除房屋、或者提取水域，對(duì)應(yīng)得到具有不同特征的DSM影像，然后再將所有的DSM進(jìn)行融合，綜合各個(gè)DSM的優(yōu)點(diǎn)，從而得到整個(gè)測(cè)區(qū)的質(zhì)量較高的DSM。

3）在DSM的基礎(chǔ)上，通過自動(dòng)過濾人工建筑物、林地等的高程信息，并改正自動(dòng)匹配造成的誤差，使之嚴(yán)格切準(zhǔn)地表面，生成高精度的DEM單模型數(shù)據(jù)；之后系統(tǒng)自動(dòng)拼接得到區(qū)域數(shù)字高程模型。

4）相鄰數(shù)字高程模型接邊沒有出現(xiàn)漏洞現(xiàn)象，兩數(shù)字高程模型間相鄰行（列）格網(wǎng)點(diǎn)平面坐標(biāo)連續(xù)且符合格網(wǎng)間距要求，高程符合地形連續(xù)、平滑連接的總體特征，即使出現(xiàn)跳變，也符合地貌特征。采用DEM對(duì)原始影像進(jìn)行單模型正射糾正。以0.2m的像元大小進(jìn)行雙線性內(nèi)插或三次卷積內(nèi)插法進(jìn)行重采樣。

5）對(duì)OrthoMosaic進(jìn)行色彩調(diào)整，整體顏色達(dá)到滿意效果后，作為參考影像重新導(dǎo)入到影像處理系統(tǒng)中，對(duì)正射影像成果進(jìn)行全自動(dòng)勻色處理。DOM影像清晰，反差適中，沒有出現(xiàn)重影、錯(cuò)位、扭曲、拉花等現(xiàn)象。

6）系統(tǒng)利用DSM和DEM智能判斷地物優(yōu)化生成鑲嵌線，保證了建筑物及其他要素的完整性，并使接邊自然過渡，無縫鑲嵌。

7）根據(jù)現(xiàn)行國家法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求進(jìn)行圖幅DOM裁切輸出，裁切后的影像沒有在邊緣處出現(xiàn)黑白邊，DOM接邊重疊帶也無明顯的模糊和重影。

4 航攝技術(shù)總結(jié)

選擇1：1萬比例尺地形圖作為航攝設(shè)計(jì)用圖，航攝比例尺根據(jù)農(nóng)村土地承包經(jīng)營確權(quán)1：2000比例尺的特點(diǎn)，結(jié)合攝區(qū)的地形條件，設(shè)定地面分辨率保持0.1m，額濟(jì)納旗作了精度達(dá)0.1m的高分辨率影像數(shù)據(jù)的獲取，飛行相對(duì)航高350m。航線沿線路中心線敷設(shè)，保證線路兩側(cè)的影像寬度不少于100m。選擇太陽高度角大于45°，陰影倍數(shù)小于2的中午11點(diǎn)到下午2點(diǎn)為航攝時(shí)間。此測(cè)區(qū)飛行最終航向重疊度為80%，旁向重疊度為55%，航線間隔498m。本測(cè)區(qū)航飛區(qū)域共33km2，共18條航線，共1206張相片，飛行一個(gè)架次。