周 謙，張 文

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊，湖南 衡陽 421000）

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)Υ蟊壤叩匦螆D的需求日益增加，同時對成圖的現(xiàn)勢性也要求甚高。傳統(tǒng)的小范圍測圖和局部數(shù)據(jù)更新主要依靠全站儀以及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合的全野外數(shù)字作業(yè)方法，這種生產(chǎn)方式效率低下、成本較高而且勞動強度大，已不能滿足當(dāng)今業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。而通過無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，能夠大幅度提高工作效率和節(jié)省人力，受環(huán)境及天氣影響較小，適用性較強，用戶多元化測量需求也得到滿足。

1 無人機航空攝影測量技術(shù)簡介

1.1 技術(shù)原理

無人機航空攝影測量技術(shù)的原理是以無人機作為飛行平臺，搭載專業(yè)數(shù)字航測設(shè)備進行拍攝和記錄，以獲取高精度和高分辨率航空影像為應(yīng)用目標(biāo)，再通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行影像數(shù)據(jù)的后期加工，制作符合國家標(biāo)準的各種比例尺的地圖產(chǎn)品[1]。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢

無人機航測技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了無人機與航空攝影測量的有機結(jié)合，打造了無人機數(shù)字低空遙感新空間，在基礎(chǔ)測繪、國家工程建設(shè)、數(shù)字化城市建設(shè)、災(zāi)害應(yīng)急處理等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。就無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢來看，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

其一，數(shù)據(jù)采集能力強。無人機通常是低空作業(yè)，空域申請便利，而且往往不會受到地形的影響，能夠進入到復(fù)雜的地域中進行拍攝，對于數(shù)據(jù)的采集能力較強。無人機航測技術(shù)集3S技術(shù)于一體，技術(shù)應(yīng)用過程中具有實時觀測和空間數(shù)據(jù)快速處理的特征，地形測繪中可對大面積測量數(shù)據(jù)加以獲取。

其二，提高地形測繪整體精確度。無人機自動化較強，依據(jù)預(yù)定航線飛行，可以保持著相對穩(wěn)定的運行狀態(tài)，內(nèi)部所安裝數(shù)碼攝像設(shè)備的精度較高，可從垂直與傾斜方向?qū)y量區(qū)域進行拍攝，與此同時，通過數(shù)據(jù)的整合還能夠形成彩色三維可視化數(shù)據(jù)，將無人機航空攝影測量與其他測繪技術(shù)結(jié)合運用，地形測繪整體精確度更高。

其三，靈活機動性較強。無人機無需在專業(yè)區(qū)域內(nèi)進行升降，在預(yù)設(shè)飛機航線基礎(chǔ)上無人機可自動飛行，而且無人機能夠搭載各種傳感器，進而有效提高無人機功能的靈活性，若是地形較為復(fù)雜，無人機能夠便捷地進行轉(zhuǎn)場，機動性突出。

其四，經(jīng)濟效益顯著。無人機測繪技術(shù)實現(xiàn)了多項先進技術(shù)的融合，成本較低，測量數(shù)據(jù)獲取效率也比較高，實際測繪周期短。

1.3 誤差來源

無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用難免存在一定誤差，主要來自于儀器誤差、人工誤差、氣候誤差、其他外界因素誤差等。儀器誤差的產(chǎn)生，與儀器自身設(shè)計制作、校驗校正、傳感器量化系統(tǒng)等都存在密切關(guān)聯(lián)。就人工誤差來看，與感官鑒別、技術(shù)水平、工作態(tài)度、數(shù)據(jù)采集等存在一定關(guān)系。就氣候及其他外界因素來看，主要是飛行器姿態(tài)與成像質(zhì)量會受到天氣的影響。

2 地形測繪中無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用要點

2.1 航線設(shè)計

在無人機航空攝影測量實施過程中，航線的設(shè)計直接關(guān)系到獲取影像的質(zhì)量及內(nèi)業(yè)處理的精度。航線的設(shè)計主要包括航高、航線的數(shù)量、總航線里程數(shù)等，而它們直接決定了獲取影像的地面分辨率、航向重疊度、旁向重疊度等一些與航線設(shè)計相關(guān)的參數(shù)[2]。

地面分辨率是由航高、焦距和像元尺寸所決定的，其互相關(guān)系為：GSD=α×H / f，式中，H為航攝高度，f為鏡頭焦距，α為像元尺寸，GSD為地面分辨率?；谝陨系孛娣直媛逝c航攝高度的對應(yīng)關(guān)系可知，確定了地面分辨率即決定了航高，但所攝區(qū)域地形通常是有起伏的，這樣會導(dǎo)致分辨率降低；而且在高山區(qū)域，如果不考慮飛行區(qū)域地形就決定航高，可能會導(dǎo)致無人機撞上山體。

影像的立體量測就是依靠其重疊部分進行的，航向重疊度一般為68%～75%，旁向重疊度一般為35%～40%，重疊度不夠會影響空三成果，而重疊度太大又會增加工作量[3]。影像的預(yù)設(shè)重疊度與實際重疊度往往有一定差異，當(dāng)?shù)乇砥鸱^大時，差異更顯著，可能會導(dǎo)致獲取的影像不符合實際需求。

因此在實際作業(yè)中，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合實際地形，盡量滿足所有要求，運用最優(yōu)的航線設(shè)計。

2.2 內(nèi)業(yè)處理

利用無人機航空攝影測量技術(shù)獲取到穩(wěn)定、高清的原始數(shù)碼影像、以及照片拍攝點的空間位置、姿態(tài)信息，結(jié)合相機畸變參數(shù)，通過專業(yè)的空三軟件方便快速的做好匹配、平差、拼接等工作，最終生產(chǎn)出滿足1:500、1:1000、1:2000等各種大比例尺的數(shù)字正射影像圖DOM、數(shù)字高程模型DEM、若需要DLG數(shù)字線劃圖，則可以增加立體測圖環(huán)節(jié)，利用立體測圖軟件快速高效的直接生產(chǎn)出帶符號化的DLG[4]。

2.3 外業(yè)調(diào)繪

在內(nèi)業(yè)立體測圖完成后會形成初步的地形圖成果，這時需要開展外業(yè)調(diào)繪，以DLG為基礎(chǔ)獲得全要素野外調(diào)繪圖，進行詳細核查和調(diào)繪，主要包括對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集遺漏或不可見的地物地貌進行補測、屬性調(diào)查、屋檐改正、電桿連線及地形圖表示綜合取舍等，保證地形圖成果的正確性和完整性，最后利用CASS成圖軟件進行編輯整飾成最終產(chǎn)品。

2.4 精度分析

就誤差進行分析與調(diào)整，采取有針對性的處理措施，以提高成果的精準度。測繪完成后應(yīng)確定測量結(jié)果的精度，經(jīng)檢驗及誤差改正，確保坐標(biāo)及高程誤差處于標(biāo)準范圍內(nèi)。

3 大比例尺地形圖測量無人機航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 項目概況

以我隊承攬的湖南省有色新田嶺鎢業(yè)有限公司1:2000航空攝影測量項目為例，該測區(qū)平均海拔高度達到680m，航攝面積40平方公里，航攝地面分辨率為17cm，以航空攝影、空三加密、DEM、DOM、DLG生成為主要測繪任務(wù)。本項目中平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000坐標(biāo)系，高斯-克呂格投影，3°分帶，中央子午線114°，高程基準采用1985年國家高程基準。

3.2 無人機航飛實施狀況

在本次任務(wù)中采用先知2S差分版固定翼無人機，攜帶準專業(yè)級索尼RX1R II數(shù)碼微單相機，像素達到4240萬，配置定焦鏡頭為35mm，利用自帶專業(yè)航線設(shè)計軟件制定測區(qū)飛行計劃，考慮本攝區(qū)地形為山地，地勢起伏不平，所以本次航攝分3個航攝區(qū)進行航攝，飛行高度約1400m，航飛面積達40平方公里，31條航線共計拍攝航片1707張。無人機飛行時段為中午時段，確保風(fēng)向穩(wěn)定且風(fēng)速較小，保證航線彎曲度與航拍質(zhì)量可靠，經(jīng)檢查所攝影像均無云影遮擋，圖像清晰，色彩均勻，反差適中且色調(diào)正常，滿足設(shè)計要求。

3.3 像控點測設(shè)

本次任務(wù)采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)像控點，均勻布設(shè)像控點116個，在兩條及兩條以上平行航線處布設(shè)平高控制點，每對像控點分布在標(biāo)準點位處，且相距不超過4條基線。像控點外業(yè)測量采用HNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK測繪技術(shù)，根據(jù)圖根控制點測量規(guī)范嚴格執(zhí)行相關(guān)的測量方法和技術(shù)標(biāo)準，將像控點平面、高程誤差控制在±5cm范圍內(nèi)。

3.4 全數(shù)字空中三角測量

本項目運用武漢航天遠景的HAT自動空中三角測量軟件，采用整體約束法進行區(qū)域網(wǎng)平差。加密過程采用全自動相對定向匹配模式，并按照控制片上的刺點位置將外業(yè)像控點量測到區(qū)域網(wǎng)的相應(yīng)像片上，然后區(qū)域網(wǎng)進行光束法整體平差，先調(diào)整粗差點，再對超限點進行微調(diào)，嚴格按照攝影測量規(guī)范控制各項誤差值，確保空三加密成果符合精度要求。

3.5 數(shù)據(jù)采集

在航天遠景MapMatrix攝影測量工作站上導(dǎo)入空三加密成果，通過匹配和編輯直接生成DEM數(shù)字高程模型和DOM數(shù)字正射影像，并恢復(fù)立體模型，采集DLG數(shù)字線劃圖。采集時遵循“內(nèi)業(yè)定位，外業(yè)定性”的原則，內(nèi)業(yè)對有把握能夠判準的地物、地貌元素，按圖式符號直接采集。對無把握判準的地物、地貌元素（包括隱蔽地區(qū)、陰影部分和小的獨立地物）盡量采集，并做出標(biāo)記由外業(yè)實地進行精確定位補調(diào)。

3.6 外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)調(diào)繪采用全要素室內(nèi)外綜合判調(diào)法，采取先室內(nèi)判讀、采集，再套合DOM出圖后野外檢核和補充調(diào)查，對屬性信息進行注記，對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集遺漏或不可見的地物地貌進行補測，最后利用CASS成圖軟件編輯整飾成最終的1:2000地形圖產(chǎn)品。

3.7 成果質(zhì)量檢查驗收

采用HNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK測繪技術(shù)野外實測檢驗地形圖的精度，選取道路交叉處、田坎交叉處、構(gòu)筑物基角、山頂?shù)让黠@地物點共351個，經(jīng)對比平面坐標(biāo)和高程值，最大平面誤差為48.2cm，最小為2.0cm，點位平面中誤差為±0.152m，符合規(guī)范限差要求；最大高程誤差為32.0cm，最小為5.0cm，高程中誤差為±0.102m，符合規(guī)范限差要求。質(zhì)量檢查驗收后，確定該測區(qū)所測定圖幅產(chǎn)品合格，無人機航測任務(wù)順利完成，質(zhì)量優(yōu)良，其中某一幅地形圖和影像圖如下圖1所示。

圖1 地形圖和影像圖

4 結(jié)語

無人機航空攝影測量技術(shù)是一種現(xiàn)代化的空間數(shù)據(jù)獲取手段，應(yīng)用優(yōu)勢顯著，能夠顯著提升測量的精準度與可靠性。在大比例尺地形圖測量中無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效提高數(shù)據(jù)采集效率，實現(xiàn)地形的精準測繪，同時獲取清晰的地形圖，是提高測繪成果現(xiàn)勢性的有效手段。