高海榮 陳胤璇

（中國人民解放軍32017部隊，西藏 拉薩 850000）

0 引言

當今社會，信息技術(shù)發(fā)展迅速，無人機測繪技術(shù)在測繪導航領(lǐng)域發(fā)展很快，固定翼無人機具備操作簡單，其低空遙感平臺靈活，成本低等優(yōu)勢，在測繪領(lǐng)域更是得到了空前發(fā)展，逐步成為基礎(chǔ)測繪大比例尺測圖的重要手段。在高原高寒區(qū)域進行大比例尺測繪，運用傳統(tǒng)人工測量模式（GNSS、全站儀、RTK 等）存在周期長、工作量大、資金投入高等弊端，而且測量精度不高，已無法滿足當今高質(zhì)量高效率的要求［1］。所以無人機低空遙感測量可快速獲取指定區(qū)域范圍內(nèi)的高分辨率遙感影像，同時搭配較高技術(shù)的影像后處理，測繪精度可滿足大比例尺地形測繪精度要求，降低生產(chǎn)成本和周期，同時為在高原進行無人機進行大比例尺測繪積累技術(shù)經(jīng)驗［2］。

本文以西藏自治區(qū)拉薩市林周縣城1:1000 大比例尺地形測繪工程項目為例，系統(tǒng)介紹了利用固定翼無人機對縣城區(qū)域進行測繪的全過程，作業(yè)按照國標相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行，制作1:1000 大比例尺地形圖，并對成果精度進行評價。

1 測區(qū)概況

林周縣城位于西藏自治區(qū)拉薩市東北32公里處；地處高山盆地平坦處，四周高山，空氣稀薄，陣流風較大，縣城區(qū)域平均海拔3760 米，整個測繪區(qū)域面積近6平方公里，整體地形起伏不大，如圖l所示。

圖1 林周縣城影像測區(qū)范圍

2 飛行平臺與影像獲取

2.1 無人機平臺

本次測量作業(yè)采用中海達iFly V10型垂直起降固定翼無人機。它是一款高性能傾轉(zhuǎn)垂直起降固定翼平臺航測無人機，起飛降落全自動操作，配備高精度差分模塊，支持PPK/RTK 融合解算，該機續(xù)航能力達1 小時，可在100 米～1000 米高度進行調(diào)節(jié)作業(yè)，平臺參數(shù)如表1所示。

表1 iFly V10平臺主要參數(shù)

2.2 載荷模塊

該平臺搭載了Q50 傾斜載荷模塊，集成了一個正攝相機和四個傾斜相機，所采集數(shù)據(jù)影像可用于生產(chǎn)高精度實景三維地圖和傳統(tǒng)地圖，其參數(shù)如表2所示。

表2 Q50載荷規(guī)格參數(shù)

2.3 航線設(shè)計與影像采集

按照規(guī)范要求，航飛路線設(shè)計航向圖像重疊度為80%，旁向圖像重疊度為65%，可以根據(jù)航飛當時情況對于其重疊度進行設(shè)計調(diào)整。林周縣城地處高原，空氣稀薄，風機升降負荷大，山谷陣風較大，綜合無人機各項指標，設(shè)計重疊度調(diào)整為航向圖像重疊度為75%，旁向圖像重疊度為50%，以減少作業(yè)架次。飛行航線設(shè)置利用iFly 智能航測助手設(shè)置完成，航線如圖2所示。

圖2 林周縣城飛行航線規(guī)劃

3 像控點布設(shè)與采集

傳統(tǒng)航空攝影控制測量選點，一般選擇在航飛影像生成后，按照影像信息，在指定地點選擇控制點，且控制點數(shù)量和位置有明確規(guī)定和要求，每張照片都應(yīng)該布設(shè)控制點，且旁向相鄰平面控制點的航線寬度不能大于2 條基帶。按照傳統(tǒng)方法進行影像控制點布設(shè)和測量，控制點數(shù)量多，而且點位選擇范圍較小，作業(yè)難度大?，F(xiàn)階段，基于無人機技術(shù)的計算軟件的算法和精度的提高,像控測量點大大減少,在影像覆蓋區(qū)域的邊緣和影像內(nèi)部,少量的高精度像控點就可以滿足要求［3］。

為滿足1:1000 大比例尺測圖要求，采用指定區(qū)域預(yù)先布設(shè)標識點的方法進行像控點布設(shè)與采集，布控點位采取噴漆和像控布兩種方式，在能夠利用噴漆涂繪進行標識的地方利用紅油漆標識點制作［3-4］，在其他區(qū)域可以布設(shè)已經(jīng)制作好的標識布來進行，其形狀如圖3所示。

圖3 標識影像

在航測前，根據(jù)林周縣城測量區(qū)域面積和航攝線路規(guī)劃及測量要求，像控點按照根據(jù)作業(yè)區(qū)域均勻布設(shè)，林周縣共布設(shè)24 個，采用RTK 技術(shù)測量控制點坐標，坐標系統(tǒng)為CGCS2000，平面精度±1cm＋1ppm，高程精度±3cm＋1ppm［5-6］。

4 影像處理與DLG生產(chǎn)

圖像處理是作為整個任務(wù)比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié),處理包括空中三角形加密，全景圖像拼接處理，點云數(shù)據(jù)生成，三維模型建模和DEM/DOM 數(shù)據(jù)生成等。本次作業(yè)采用的是中海達隨機計算軟件iFly V10助手。

4.1 影像預(yù)處理

外業(yè)飛行影像獲取結(jié)束后，下載影像數(shù)據(jù)后，對原始相片進行預(yù)處理，主要完成個別相片附變差改正，對影像進行部分的勻光和勻色，對部分相片進行旋轉(zhuǎn)操作，確保影像達到要求。

4.2 空中三角測量

航空攝影測量其數(shù)據(jù)處理的核心就是對相片進行空中三角測量，根據(jù)影像空間位置數(shù)據(jù)信息自動建立航帶內(nèi)和航帶間的拓撲關(guān)系網(wǎng)，然后提取連接點，通過海量數(shù)據(jù)的平差點坐標和平差計算對一些跳點進行剔除，然后將控制點作為空中三角測量計算的基準，進行加密和計算，獲取外方位元素精確數(shù)據(jù)信息和加密點坐標，完成空中三角測量。此次作業(yè)測量范圍不大，對所有數(shù)據(jù)進行一次處理，數(shù)據(jù)處理后獲得自由網(wǎng)精度小于1 個像元大小(0.004 88 mm)。對數(shù)據(jù)進行自由平差和控制平差，輸出平差報告。N、E、H三個方向的測量平均誤差均小子0.2m，精度結(jié)果符合規(guī)范要求，且精度較高，點位精度見表3。

表3 點位精度表

4.3 DEM編輯與DOM制作

空中三角測量數(shù)據(jù)處理完成后，運用軟件自動生產(chǎn)DEM 成果，要通過差值處理、置平、過濾的方法對DEM 成果進行編輯加工，主要是對測區(qū)范圍的地物，包括樹木、水域和人工建筑等進行人工編輯，以提高DEM和后續(xù)產(chǎn)品的精度。

編輯修改DEM 完成后，可以對影像進行單片糾正和編輯，對部分數(shù)據(jù)進行色調(diào)均衡處理，編輯修改完成，可以自動鑲嵌處理生成DOM 數(shù)據(jù)，林周縣城此次作業(yè)影像分辨率為0.1m，測區(qū)三維影響如圖4所示。

圖4 測區(qū)三維影像

4.4 地形圖制作

空三處理完成后，即可對影像數(shù)據(jù)進行立體采集，形成地形圖。立體采集時，按照采集軟件要求，依次采集等級道路、建筑房屋、油氣水管線、河流水系、陡崖陡坎、等級水準點和高程點、等高線等要素信息。按照此次任務(wù)的相關(guān)要求，我們還對土地類型，界限以及高原傳統(tǒng)信息進行采集。內(nèi)業(yè)采集完成后還需對地形圖進行調(diào)查調(diào)繪，確定地物屬性，在數(shù)據(jù)確準基礎(chǔ)上，生成地類地形圖。

4.5 DLG精度評定

精度評定是檢查作業(yè)精度和規(guī)范要求的重要一項工作，高原區(qū)域作業(yè)困難度高，我們利用RTK 技術(shù)實測一些距離控制點較遠的特征點坐標，用計算坐標點位的中誤差檢查DLG 精度，選擇共采集23 個特征實測點，主要為道路拐角、房屋的房角、、田坎交界、管線定點等明顯特征地物。

經(jīng)過數(shù)據(jù)特征分析，測區(qū)DLG 的點位精度N 方向中誤差為0.16 m。最大誤差為0.33 m；E 方向中誤差為0.17 m，最大誤差為0.32 m ；平面位置中誤差為0.22m，故大誤差為0.32 m；高程中誤差為0.19m，最大誤差為0.32m，各項指標均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

本文通過林周縣縣城區(qū)域1:1000 大比例尺地形測繪任務(wù)的實踐，系統(tǒng)闡述固定翼無人機航測應(yīng)用于大比例尺地形測繪的具體流程。通過作業(yè)成果表明，固定翼無人機在高原高寒區(qū)域進行大比例尺測圖，能夠滿足大比例尺地形測繪技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)范要求，成圖質(zhì)量高，精度能夠達到要求，生產(chǎn)作業(yè)時間短，效率高，減輕人員作業(yè)強度，降低生產(chǎn)成本50%，應(yīng)用前景廣泛。固定翼無人機在高原高寒作業(yè)還存在很多問題，高原氣候稀薄飛機動力不足，作業(yè)續(xù)航電池時間短等都需要在作業(yè)中注意和解決。