王 友，趙彥棟

(甘肅省地圖院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎設施建設的進程加快，局部范圍內(nèi)的地形地貌發(fā)生了很大的變化，而基礎測繪數(shù)據(jù)的快速更新，特別是地形要素的快速更新為后期規(guī)劃起到了至關重要的作用。無人機航空攝影測量技術作為目前最高效的手段之一，可以更準確、更全面、更快速地獲取局部變化范圍內(nèi)的地形地貌，大大提高了更新效率和效果。

現(xiàn)階段的基礎測繪數(shù)據(jù)獲取主要是利用大型運輸飛機搭載航攝儀(ADS80，ADS100)或衛(wèi)星影像進行數(shù)據(jù)生產(chǎn)。前者飛行條件嚴格、天氣要求苛刻，一個架次的航攝面積過大，針對局部更新成本過高；而后者更新時間過長，影像覆蓋面積更大，時效性低，無法進行隨時補飛和航攝。當前社會發(fā)展較快，更新速率也比較快，如果再采用原有數(shù)據(jù)獲取模式，就很難滿足市場上用戶的需求。而無人機航測技術的發(fā)展無疑彌補了這一缺陷，也成為這兩種方式的有效補充。

與原有數(shù)據(jù)獲取手段相比，該技術可實現(xiàn)短時間快速起飛、快速完成，同時測繪成本更低。無人機可實現(xiàn)單日至少幾十平方公里的測繪面積，非常適合當前基礎測繪地形小范圍變化更新、高速化、高精度化的發(fā)展趨勢[1]。

1 無人機航攝技術在基礎測繪1∶10 000局部更新中的技術方案

本文采用無人機航攝技術輔助基礎測繪1∶10 000局部更新，主要流程包括影像獲取、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)成果與已有基礎測繪1∶10 000數(shù)據(jù)的融合。本文根據(jù)省級基礎測繪變化更新項目案例，具體討論該技術實際應用與方法。

1.1 無人機影像數(shù)據(jù)獲取

首先，結(jié)合前期影像資料，確定變化更新范圍。根據(jù)實地勘察，了解測區(qū)的氣象條件和地形條件，查看周圍是否有高大建筑、障礙物等；再根據(jù)無人機和載荷設備的實際情況調(diào)整飛行計劃。具體航攝步驟如圖1所示。

圖1 航攝工作流程

其次，前期需進行像控點布設。隨著當前科技的發(fā)展，即便無人機配備了定位定姿系統(tǒng)(Position and Orientation System，POS)，又稱高精度位置與姿態(tài)測量系統(tǒng)(IMU/DGPS)[2-3]，使得航測精度得到大幅提升，但也無法保證在各種地形條件下都能滿足高程精度的要求。所以，為保證精度達到規(guī)范要求，需要在野外進行像控點量測。

最后，在獲取數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查。根據(jù)航攝規(guī)范要求，相鄰相片的航向重疊度一般要求在60%～80%，旁向重疊度15%～60%，在高差大的地區(qū)，還應擴大重疊度[4]。假如重疊度不夠，照片之間就會產(chǎn)生航攝漏洞，需現(xiàn)場進行影像快拼檢查，如有漏洞，需要補飛。

1.2 無人機影像數(shù)據(jù)處理

無人機數(shù)據(jù)處理一般包括數(shù)據(jù)預處理、空中三角測量、密集點云匹配、點云分類、點云濾波、數(shù)字地面模型、數(shù)字正射影像生產(chǎn)等流程。本文采用Agisoft photoscan影像處理軟件[5]，首先，利用無人機的POS數(shù)據(jù)進行對齊照片，即利用無人機自帶POS系統(tǒng)進行區(qū)域網(wǎng)平差解算，為保證精度要求，再利用像控點進行控制點平差，即完成空三測量；其次，對區(qū)域網(wǎng)模型中高重疊度的影像，采用同名點前方交匯的方法進行影像密集匹配處理，獲取海量點云數(shù)據(jù)；再次，進行點云分類和數(shù)據(jù)濾波處理，生成空三加密成果的DSM；最后，通過DSM對原始影像進行數(shù)字微分糾正，最終生產(chǎn)出數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)DOM。具體流程如圖2所示。

圖2 技術路線

2 應用案例

2.1 測區(qū)概況

以甘肅省定西市稱鉤驛鎮(zhèn)為研究區(qū)。測區(qū)沿西南至東北呈狹長地形，兩側(cè)為山地，平均海拔1 942 m，屬于溫帶大陸性氣候。本文選取其中一塊地貌變化較大區(qū)域進行航飛作業(yè)，該區(qū)域面積為7.2 km2，長5 km，寬1.5 km。

2.2 航飛情況

本次航飛使用縱橫CW-15復合翼無人機，可以垂直起降，受起降場地影響較小，穩(wěn)定性強，并自帶POS定位系統(tǒng)，配備PPK后差分模式，可有效保證數(shù)據(jù)精度，云臺搭載SONY-A7RⅡ型正射相機。相機參數(shù)及航攝參數(shù)設置如表1所示，具體航線規(guī)劃如圖3所示。

表1 相機參數(shù)與航攝參數(shù)

圖3 航線規(guī)劃

本次航攝共飛行了兩個架次，采集航片1 038張，航攝期間天氣良好，風速3～4級，飛行姿態(tài)穩(wěn)定，無偏航情況，飛行質(zhì)量較好，重疊度滿足設計要求。

3 成果與應用

3.1 成果輸出

根據(jù)本次航飛數(shù)據(jù)，最終生成該測區(qū)的DOM，DEM以及等高線，分別如圖4～6所示。

圖4 DOM

圖5 DEM

圖6 等高線

3.2 數(shù)據(jù)融合

3.2.1 DOM與已有數(shù)據(jù)融合

無人機航飛成果的地面采樣間隔(GSD)為0.06 m，將無人機成果影像重采樣為1 m分辨率，將處理后數(shù)據(jù)與原有衛(wèi)星影像進行融合拼接，勻光勻色處理，完成影像更新。

3.2.2 DEM與已有數(shù)據(jù)接邊

由于基礎測繪更新圖幅比例尺為1∶10 000，可將最終DEM成果抽稀至5～10 m格網(wǎng)間距使用并生成等高線。將生成變化區(qū)域的等高線與已有等高線接邊，完成基礎測繪局部更新。如圖7所示，左上方等高線為原有等高線，右下方等高線為無人機影像匹配處理后等高線和原有等高線重合區(qū)域，基本與原始影像套合一致。

圖7 等高線套合

4 精度驗證

為了保證平面精度和高程精度符合規(guī)范的要求，本文在航攝范圍內(nèi)共選取了9個均勻分布的控制點進行量測，分別在道路交叉口、圍墻拐角等明顯地物處進行標記點制作。將實測坐標與影像上同名點坐標進行差值比較與中誤差計算。

如表2所示：平面位置最大誤差為0.14 m，最小誤差為0.01 m，平面位置中誤差為0.12 m；高程位置最大誤差為0.50 m，最小誤差為0.02 m，中誤差為0.26 m；等高線接邊誤差均在5 m內(nèi)，滿足限差要求。結(jié)果表明，在高山地區(qū)，無人機影像成果不僅達到了1∶2 000成圖精度要求，還達到了1 m格網(wǎng)等高距的精度要求，因此完全滿足省級基礎測繪1∶10 000地形圖的精度需要。

表2 精度統(tǒng)計表

5 結(jié)語

實踐證明，將無人機航空攝影測量技術用于1∶10 000基礎測繪地形變化更新上，能高效、快速地完成生產(chǎn)任務。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市規(guī)劃、道路橋梁設計、水利設施建設等行業(yè)對測繪數(shù)據(jù)的需求越來越大，時效性也越來越新，為加快響應和更新速度，無人機航空攝影測量技術作為一種高效的測繪手段，必將推動測繪行業(yè)的蓬勃發(fā)展。