賈延青 溫立文

(北京星天地信息科技有限公司 北京 102299)

隨著遙感技術和計算機技術的不斷更新、無人機技術的迅猛發(fā)展，無人機攝影測量技術也應運而生。無人機攝影測量系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)的航空攝影測量系統(tǒng)，其獨特的優(yōu)勢在于：（1）平臺構建容易，維護方便，成本在大幅度降低；（2）無人機攝影測量系統(tǒng)體積小、重量輕、操作方便，飛機在起飛降落時不需要專門的起降機場，且可用多種方式起飛和降落，機動靈活[1]；（3）受天氣條件和地面地貌狀況影響較小，作業(yè)方式相對比較安全，人工在地面控制飛行，使無人機可進入危險地帶開展作業(yè)，從而降低工作人員在作業(yè)過程中的風險。正是無人機攝影測量系統(tǒng)的這些優(yōu)點，使其成為補充傳統(tǒng)航天攝影測量的一種重要手段，逐步得到測繪、地理信息等領域的廣泛關注，并被普遍應用在天氣的監(jiān)測和預報、國土資源環(huán)境的調查、城市管理、海事信息化的建設與動態(tài)管理、災害預報、災害監(jiān)測與評估、國家海洋權益保障、農業(yè)監(jiān)測、電力維修、水利勘察等各個領域[2]。

1 無人機影像獲取流程和技術路線

該文采用南方測繪“天行”八旋翼無人機搭載Sony RX1RM2 數(shù)碼相機，在北京市某鎮(zhèn)進行了生產(chǎn)作業(yè)，獲取無人機低空航攝遙感影像并完成1∶500 大比例尺地形圖的成圖。該次作業(yè)選用的數(shù)據(jù)處理軟件是Smart 3D 三維實景建模軟件和清華山維EPS 裸眼3D測圖軟件。無人機影像獲取流程具體見圖1。

圖1 無人機影像獲取流程

1.1 測區(qū)概況

該次的作業(yè)區(qū)位于北京市某鎮(zhèn)；測區(qū)屬于溫暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促；全年無霜期180～200天；該次作業(yè)任務是為了該地區(qū)前期的旅游開發(fā)項目做一個前期的勘察工作，項目面積約為3 km2左右。

起飛前，需要對測區(qū)已有資料進行收集。該次作業(yè)測區(qū)的已有資料包括從相關部門收集到該地區(qū)已有3個控制點，可以作為布設像控點的起算點，該次作業(yè)控制點坐標系采用1980 年西安坐標系，1985 高程基準。提前與甲方做好溝通并提供測區(qū)范圍線，并且告知地區(qū)的難度重點，以及最大的海拔高差等有關信息。

1.2 航線設計

航線設計確保無人機能夠按照預定軌道進行飛行作業(yè)，并保證飛行過程中的各種參數(shù)滿足相關軌跡[3]。航線設計是否合理關乎最終成果，要嚴格按照相關規(guī)范進行設計，并做好復查工作，確保飛行過程的安全和飛行數(shù)據(jù)的可靠，該節(jié)主要是按照相關要求，計算出航線設計的所需參數(shù)[4]。

1.3 外業(yè)像控點測量

為保證該次測量作業(yè)的精確，該次野外像控點的布設嚴格遵守野外像片控制點的布設原則，共布設了76 個野外像控點，該次坐標系采用1980 年西安坐標系，1985高程基準，中央子午線為114°。其中3個已知控制點作為起算點，使用GPS-RTK 結合溫州CORS 賬號進行平滑采集，計算結果平面、高程精度均滿足規(guī)范要求。

2 內業(yè)數(shù)據(jù)處理

得到兩個測區(qū)的影像數(shù)據(jù)后，采用Smart 3D 軟件進行內業(yè)數(shù)據(jù)處理，該軟件是一款集數(shù)據(jù)導入、空三加密、三維建模于一體的自動化航空影像處理軟件，該軟件自動化操作程度高，能夠生成應用于EPS裸眼3D測圖軟件的OSGB 瓦片格式的數(shù)據(jù)[5]。通過該軟件生成的三維模型精度高、效果好，可以滿足大比例尺成圖所需要的模型的要求，Smart 3D 軟件處理數(shù)據(jù)的流程具體見圖2。

圖2 Smart 3D 的作業(yè)流程

2.1 航測原始數(shù)據(jù)的導入

首先將該次航測獲取到的記錄飛行姿態(tài)的POS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和像控點數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)導入界面導入到Smart 3D中，完成航測數(shù)據(jù)的錄入工作。

2.2 空中三角測量

設置好像片的相關屬性后，選擇提交空中三角測量，可以設置空三的名稱、定位、參考方式以及其他設置等。如果對一次空三加密的計算結果不滿意，Smart3D可以進行多次提交空三加密，直到符合精度要求[6]。該次試驗共進行了兩次空三加密。

2.3 構建三維模型

空三加密完成之后，開始進行三維模型的構建，Smart 3D 的三維模型構建高度自動化，該次構建需要生成的是OSGB 格式瓦片模型，為了加快生成模型的速度和精度，需要對整個測區(qū)的空間框架進行構建，選取生成的模型范圍。根據(jù)電腦性能和測區(qū)的實際情況，將整個測區(qū)共分為49 個瓦片。隨后提交項目生產(chǎn)。Smart 3D可以生成三維網(wǎng)格、三維點云、正射影像和數(shù)字表面模型，根據(jù)不同生產(chǎn)項目的需要可以生產(chǎn)不同類型的數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)成果

經(jīng)過上述步驟，就完成了內業(yè)處理的整個步驟，再經(jīng)過對后續(xù)成果整理和修飾，就可得到測區(qū)的數(shù)字三維模型。具體見圖3。

圖3 測區(qū)數(shù)字三維模型

3 精度分析

該文精度分析主要是利用GNSS-RTK系統(tǒng)對測區(qū)內明顯的地物點實測其平面坐標和高程，然后在數(shù)字線劃圖上選取該點的圖上坐標和高程，最后利用中誤差計算公式計算其平面精度和高程精度。檢查點主要選取一些比較明顯、在圖片上比較容易辨別的點，比如道路上斑馬線或者交通標志的垂直拐點、測區(qū)內平房的房屋拐點、硬化水泥路十字路口的交點等。

3.1 平面精度分析

利用GNSS-RTK 系統(tǒng)對測區(qū)內20 個明顯的地物點實測其平面坐標和高程，然后在數(shù)字線劃圖上選取該點的圖上坐標和高程，最后利用中誤差計算公式計算其平面精度和高程精度，可以得到測區(qū)檢查點的平面精度統(tǒng)計結果，具體見表1。

表1 測區(qū)檢查點的平面精度統(tǒng)計（單位：m）

從表1數(shù)據(jù)可以得出測區(qū)平面精度統(tǒng)計結果：X方向中誤差為0.065 m，最大誤差為-0.108 m，Y方向中誤差為0.089 1 m，最大誤差為0.154 m，平面坐標中誤差為0.112 m，最大誤差為0.198 m，均滿足規(guī)范要求。

3.2 高程精度分析

同樣可以算出測區(qū)的高程誤差和精度，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 測區(qū)檢查點的高程精度統(tǒng)計（單位：m）

從表2 數(shù)據(jù)可知，測區(qū)的高程中誤差為0.274 m，最大誤差為0.438 m，該測區(qū)地形起伏不大，大多屬于平地和丘陵地，滿足1∶500地形圖對高程精度要求。

4 結語

系統(tǒng)闡述了無人機攝影測量系統(tǒng)在大比例成圖中的完整流程，通過實例精度分析，可以得到結論：在控制好成圖過程誤差傳播，嚴格按照規(guī)范要求獲取影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理過程嚴格把關，無人機航測大比例尺地形圖可達到1∶500 比例尺的成圖精度，尤其是在平原地區(qū)平面精度和高程精度都很高，可以在該地區(qū)應用于生產(chǎn)實踐。