肖 磊，孫 愷，畢思勇

（山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250013）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)得到了迅速提高，將其應(yīng)用于地形測(cè)繪中具有十分重要的意義。無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中具有便捷性、靈活性、操作條件要求低等優(yōu)點(diǎn)，可以在我國(guó)測(cè)量難度高的地區(qū)實(shí)現(xiàn)作業(yè)，對(duì)于發(fā)生自然災(zāi)害的區(qū)域可以及時(shí)的測(cè)繪其地形地質(zhì)情況。在測(cè)繪地形圖中，可以得到測(cè)繪區(qū)域的地形、地貌、水文情況等重要的地形及地理信息，在建筑施工、城市規(guī)劃、交通管理中發(fā)揮著重要的作用。

1 無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)測(cè)繪地形圖的技術(shù)流程

1.1 前期準(zhǔn)備階段

在無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)測(cè)繪地形圖之前需要進(jìn)行準(zhǔn)備工作，首先需要搜集所測(cè)區(qū)域的環(huán)境及地形地質(zhì)情況，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行勘察，根據(jù)這些資料選擇適宜的飛機(jī)機(jī)型，再對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行航線進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行勘測(cè)時(shí)需要與專業(yè)知識(shí)豐富的專家同時(shí)進(jìn)行，派遣經(jīng)驗(yàn)豐富且技術(shù)純熟的無(wú)人機(jī)航攝人員進(jìn)行實(shí)際勘察，并確定航攝測(cè)繪區(qū)域的基準(zhǔn)面情況，分析無(wú)人機(jī)航攝過(guò)程中的復(fù)雜程度和困難程度，對(duì)航攝區(qū)域的坐標(biāo)范圍進(jìn)行核查，以此，保證無(wú)人機(jī)在作業(yè)過(guò)程中的順利進(jìn)行，最后，需要根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果確定無(wú)人機(jī)的起飛及降落區(qū)域。同時(shí)在前期準(zhǔn)備階段還需要對(duì)無(wú)人機(jī)的硬件設(shè)備進(jìn)行檢查，具體來(lái)說(shuō)主要有監(jiān)控設(shè)備、不同傳感器、遙感設(shè)備。還需要對(duì)硬件設(shè)備所含有的數(shù)據(jù)采集、分析、管理以及檢索的功能進(jìn)行檢查，保證任務(wù)不因?yàn)榭陀^原因出現(xiàn)問(wèn)題，并在不斷的檢查過(guò)程中對(duì)設(shè)備的可靠性進(jìn)行有針對(duì)性的提升。

1.2 外業(yè)實(shí)施階段

無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)測(cè)繪地形圖中需要進(jìn)行外業(yè)實(shí)施，其中主要包括制定無(wú)人機(jī)的航攝飛行方案及對(duì)像控點(diǎn)布置方案。除此之外，還需要對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和飛行質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)測(cè)量像控點(diǎn)及外業(yè)的調(diào)繪內(nèi)容。

目前，利用GPS測(cè)量像控點(diǎn)的方式主要分為三種，分別為GPS-RTK測(cè)量、靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量，外業(yè)調(diào)繪中的DLG生產(chǎn)占據(jù)十分重要的地位。在選擇GPS測(cè)量像控點(diǎn)時(shí)需要使控點(diǎn)與無(wú)人機(jī)攝像片的影像位置相同，像控點(diǎn)位的刺點(diǎn)目標(biāo)需要有利于內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)刺。在大多數(shù)的條件下，像控點(diǎn)通常選擇在具有明顯標(biāo)志的地角位置處。除此之外，無(wú)人機(jī)相片的控制點(diǎn)需要設(shè)置在重疊中線的附近，如果重疊中線過(guò)大時(shí)，與方位線之間的距離應(yīng)當(dāng)大于3厘米，在一般情況下，控制點(diǎn)與方位線的之間的距離不應(yīng)當(dāng)小于4.5厘米。如果旁向的重疊線較小時(shí)，需要分別布設(shè)控制點(diǎn)，在控制范圍內(nèi)，垂向距離需要控制在1厘米的范圍內(nèi)。

1.3 內(nèi)業(yè)實(shí)施階段

內(nèi)業(yè)實(shí)施階段是對(duì)測(cè)繪結(jié)果的數(shù)據(jù)處理階段，包括對(duì)空三的加密工作，以此減少畸變差帶來(lái)的影響，同時(shí)還需要對(duì)相同控制點(diǎn)進(jìn)行匹配，對(duì)DEM進(jìn)行編輯及制作、DOM及DLG的制作。

在無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)在測(cè)繪地形圖的操作過(guò)程中，首先需要利用GPS數(shù)據(jù)建立航帶內(nèi)和各個(gè)航帶之間的聯(lián)系，利用POS數(shù)據(jù)及航帶內(nèi)與各個(gè)航帶之間的關(guān)系獲取連接點(diǎn)，最后，利用大量的平差點(diǎn)減少粗差點(diǎn)。

2 三維模型的測(cè)區(qū)建立及地形圖的測(cè)繪

在無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪地形圖的過(guò)程中，需要將測(cè)像數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相關(guān)的數(shù)據(jù)處理軟件中，從而通過(guò)自動(dòng)建模技術(shù)對(duì)測(cè)繪區(qū)域建立三維模型。在無(wú)人機(jī)航攝的過(guò)程中需要利用立體測(cè)量技術(shù)，對(duì)測(cè)繪區(qū)域的地形地貌點(diǎn)、線、面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜集，并通過(guò)內(nèi)業(yè)實(shí)施軟件將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成為地形圖，根據(jù)像控點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)測(cè)繪地形圖的精度及誤差進(jìn)行分析，這樣可以有效的節(jié)約外業(yè)實(shí)施階段的時(shí)間，提高無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪效率，這是一種可以快速形成測(cè)繪地形圖的重要技術(shù)手段。

2.1 三維模型測(cè)區(qū)的建立

三維模型測(cè)區(qū)的建立可以分為四個(gè)步驟，分別為攝像導(dǎo)入、編輯控制點(diǎn)、空中三角測(cè)量計(jì)算、構(gòu)建三維模型。

首先，需要將無(wú)人機(jī)攝像的正射影像與斜射影響分別導(dǎo)入到內(nèi)業(yè)實(shí)施的軟件中，通過(guò)軟件對(duì)攝像的參數(shù)等進(jìn)行檢查和自動(dòng)調(diào)整，去除其中不符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和操作，并自動(dòng)添加所需的參數(shù)等。但是軟件的實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中可能存在不能準(zhǔn)確識(shí)別無(wú)人機(jī)的攝像信息，因此，這時(shí)需要工作人員將相機(jī)的參數(shù)信息手動(dòng)輸入，這樣有利于軟件在后續(xù)的攝像過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整和校準(zhǔn)。

其次，需要編輯控制點(diǎn)。需要建立三維坐標(biāo)系，再根據(jù)控制點(diǎn)的具體信息將其錄入到坐標(biāo)系中，并保存這些數(shù)據(jù)信息，最后將控制點(diǎn)的位置信息準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)到影像中。

在經(jīng)過(guò)影響導(dǎo)入、編輯控制點(diǎn)后，需要提交空中三角測(cè)量計(jì)算結(jié)果，從而設(shè)置位置參考，分析其平差等級(jí)。工作人員可以根據(jù)平差等級(jí)來(lái)判斷計(jì)算量及計(jì)算難度，如果平差等級(jí)較大，計(jì)算量就越大，這樣的話會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)處理的效率。在完成三角測(cè)量數(shù)據(jù)提交后，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行自動(dòng)分析與處理。

最后一步，需要構(gòu)建三維模型。第一步需要確定科學(xué)合理的建模區(qū)域及范圍，建模的過(guò)程非常復(fù)雜，需要對(duì)數(shù)據(jù)及信息進(jìn)行大量的運(yùn)算，這樣會(huì)給計(jì)算機(jī)帶來(lái)更大的計(jì)算壓力，提高建模難度，可能會(huì)出現(xiàn)建模失敗的現(xiàn)象。因此，為了防止這一問(wèn)題的出現(xiàn)，需要根據(jù)計(jì)算機(jī)的性能將瓦片進(jìn)行分區(qū)，并設(shè)置相關(guān)的紋理貼圖等參數(shù)。

2.2 地形圖的采集

無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)測(cè)繪地形圖的生成需要利用EPS模塊的三維空間測(cè)繪功能，需要根據(jù)實(shí)際的測(cè)繪結(jié)果，遵守地形圖繪制標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，對(duì)測(cè)繪區(qū)域的地形地貌進(jìn)行描繪，以便得到測(cè)量區(qū)域的線劃圖。在實(shí)際的采集過(guò)程中，首先需要利用EPS模塊將數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)變?yōu)镈SM高程模型，其次需要根據(jù)三維模型的尺寸信息對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與運(yùn)算，再將模型進(jìn)行多角度選擇以此觀察不同角度下校準(zhǔn)情況，并給予改正。最后需要在三維模型中繪制出測(cè)繪區(qū)域內(nèi)房屋的界址線，可以采用“五點(diǎn)房”繪制工具，這種繪制方法具有效率高的特點(diǎn)，與傳播的圖形圖測(cè)繪有所不同，利用三維模式繪制地形圖的方法可以有效的節(jié)約測(cè)繪成本和測(cè)繪時(shí)間，減少外業(yè)測(cè)繪工作量。

3 測(cè)繪地形圖的精度探究

3.1 三維模型的精度分析

通過(guò)在測(cè)繪區(qū)域內(nèi)設(shè)置10個(gè)像控點(diǎn)及12個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，以此建立三維模型進(jìn)行空三精度的檢驗(yàn)。在三維模型的測(cè)繪軟件中，需要采用定向點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，記錄各個(gè)定向點(diǎn)的坐標(biāo)信息，根據(jù)坐標(biāo)信息計(jì)算三維模型中X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的殘差，將定向點(diǎn)的殘差制作成殘差圖（如圖1）。檢查點(diǎn)的殘差值也可以利用這種方法計(jì)算。

圖1 三維模型的精度分析

例如針對(duì)1:500的地形圖精度規(guī)范中要求，定向點(diǎn)的平面誤差需要小于0.02m，高程誤差需要小于0.01m，在平地平面定向點(diǎn)的誤差應(yīng)當(dāng)小于0.13m，高程誤差的最大誤差應(yīng)為0.11m。檢查點(diǎn)在平面中的誤差應(yīng)當(dāng)小于0.03m，高程誤差為0.12m，平底平面中檢查點(diǎn)最大誤差為0.17m，高程誤差的誤差極限為0.15m。

3.2 地形圖測(cè)繪精度分析

在地形圖的制作過(guò)程中，需要將無(wú)人機(jī)航攝的實(shí)景作為三維模型的底圖，在繪制的過(guò)程中需要根據(jù)地形圖的繪制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在測(cè)繪區(qū)域內(nèi)對(duì)定型圖中的不同特征地物進(jìn)行數(shù)字線劃圖，其中需要包括點(diǎn)、線、面的地物，在采集地物的時(shí)候需要設(shè)計(jì)道路拐點(diǎn)、井蓋、公路、路堤、橋梁等特征地物在三維模型中的坐標(biāo)信息，同時(shí)計(jì)算不同工作人員在繪制地形圖中的誤差。

通過(guò)對(duì)誤差進(jìn)行分析，技術(shù)人員可以發(fā)現(xiàn)幾何圖形不規(guī)則的地物誤差較大，例如路燈、電線桿等，這類地物的正射影像為圓形，四周并不規(guī)則，因此這就使得在對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)很難準(zhǔn)確的掌握其幾何中心。具體來(lái)說(shuō)以1:500的地形圖為例，應(yīng)該使其平面精度的最大限差應(yīng)為0.5m，這樣才可以滿足地形圖使用的精度需求。

4 結(jié)論

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)若想要保持地形圖的精度首先就應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的采集后進(jìn)行編輯，并對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，保證可靠性。在傳統(tǒng)的測(cè)繪工作中由于技術(shù)水平的落后導(dǎo)致不同項(xiàng)目進(jìn)行可能面臨很大程度的困難，而現(xiàn)如今運(yùn)用無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行航拍可以對(duì)原先所面臨的問(wèn)題進(jìn)行更加有針對(duì)性的解決。通過(guò)無(wú)人機(jī)技術(shù)測(cè)繪獲得的地形圖可以很好的繪制出數(shù)字線劃圖以及更加具有多元性的三維立體模型，還可以對(duì)其進(jìn)行更加充分的利用，與城市規(guī)劃、工程建設(shè)以及災(zāi)后的重建工作的進(jìn)行息息相關(guān)。