劉可可

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì), 安徽六安 237005）

城市測(cè)量是城市發(fā)展和規(guī)劃的基礎(chǔ), 也是調(diào)查摸清城市土地資源利用現(xiàn)狀的主要途徑。因此, 如何快速獲得高精度的城市測(cè)量成果是首要問題[1]。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是集無人機(jī)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位、圖像融合處理和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體的現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù), 因其成圖快、成本低和精度高而廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中[2]。鑒于此, 本文以無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)為例, 分析其在城市測(cè)量中的應(yīng)用, 為推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 技術(shù)流程

本次城市測(cè)量采用的無人機(jī)型號(hào)為Phantom 4RTK, 為大疆無人機(jī), 影像數(shù)據(jù)處理軟件采用Pix4D, 大數(shù)據(jù)處理軟件采用Cass10.1。主要技術(shù)流程包括航飛計(jì)劃制定、相機(jī)檢校、影像數(shù)據(jù)預(yù)處理（畸變修正、增光、勻光等）、空中三角加密測(cè)量和城市測(cè)量成果輸出等, 具體技術(shù)流程見圖1。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在城市測(cè)量中的應(yīng)用

2 無人機(jī)傾斜測(cè)量在城市測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量

像控點(diǎn)布設(shè)質(zhì)量對(duì)城市測(cè)量成果精度影像較明顯, 為提高像控點(diǎn)布設(shè)的合理性, 應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：①像控點(diǎn)應(yīng)選擇無爭(zhēng)議的地物, 如田角、墻角等, 盡可能地避免在平坦區(qū)域選擇像控點(diǎn)；②像控點(diǎn)一般布設(shè)在距離測(cè)量邊緣不小于1～1.5cm的區(qū)域, 能夠有效地消除或者降低影像數(shù)據(jù)匹配誤差[3]；③為方便無人機(jī)拍攝, 故像控點(diǎn)的布設(shè)位置應(yīng)選擇在視野開闊的區(qū)域, 避免將其布設(shè)在高大樹木遮擋區(qū)域；④像控點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在交通便利和便于保存的區(qū)域, 為后期精度驗(yàn)證等提供依據(jù)（圖2）。本次城市測(cè)量采用2000國家大地坐標(biāo)系, 利用國家建立的CORS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行細(xì)部數(shù)據(jù)采集。

圖2 測(cè)量區(qū)域部分像控點(diǎn)布設(shè)示意圖

2.2 飛行計(jì)劃及預(yù)處理

飛行計(jì)劃編制是提高無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度的重要途徑之一, 主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①確定飛行航高, 根據(jù)測(cè)繪區(qū)域的地形地貌變化特征和無人機(jī)的型號(hào)等確定, 本次航高為350m, 最高點(diǎn)與無人機(jī)的飛行高度不低于60m；②重疊度的選擇, 是提高航拍影像數(shù)據(jù)融合處理精度的基礎(chǔ), 本次選擇旁向重疊度為60%, 航向重疊度為65%；③飛行時(shí)間的確定, 如無風(fēng)或微風(fēng)、無云等條件, 能夠有效地提高測(cè)量精度, 本次根據(jù)測(cè)量區(qū)域多年氣候統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選擇在6～9月上午10時(shí)至下午3時(shí)之間。當(dāng)無人機(jī)飛行航拍過程中, 應(yīng)對(duì)每天所獲的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理, 確保所獲像片的紋理清晰、色調(diào)柔和（圖3）。

圖3 航測(cè)鏡頭（正射）影像圖

2.3 空中三角測(cè)量

雖然無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量有效地避免了無人機(jī)垂直攝影測(cè)量僅能獲取垂直方向影像數(shù)據(jù)的弊端, 實(shí)現(xiàn)了從不同方位獲取測(cè)繪區(qū)域影像數(shù)據(jù)的目的, 減少了影像數(shù)據(jù)的“留白”問題。但是, 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在拍攝過程仍不可避免的出現(xiàn)影像數(shù)據(jù)“留白”問題, 導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)中局部區(qū)域的精度無法滿足實(shí)際需求, 此時(shí)需要通過空中三角加密測(cè)量處理, 借助無人機(jī)航拍過程中自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)消除。因此, 城市測(cè)量過程中空中三角加密測(cè)量包括：①在影像數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的工程文件, 添加相應(yīng)的航拍影像數(shù)據(jù)；②將無人機(jī)自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入至相應(yīng)的軟件的系統(tǒng)中；③選擇同名點(diǎn)的匹配, 獲得相對(duì)定位的空中三角測(cè)量的同名點(diǎn)點(diǎn)云, 再根據(jù)航空影像拍攝過程中自動(dòng)存儲(chǔ)的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行絕對(duì)定位平差, 在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)空中三角加密解算；④導(dǎo)入控制點(diǎn), 絕對(duì)定向, 選擇重新匹配并優(yōu)化, 輸出空三質(zhì)量報(bào)告, 檢查報(bào)告中區(qū)域網(wǎng)空三誤差、自檢校相機(jī)誤差和控制點(diǎn)精度等。

2.4 地形圖制作

在完成空中三角加密測(cè)量后可以生成城市大比例尺地形圖、DOS、DMS、DEM等數(shù)據(jù)。本文主要講述大比例尺地形圖的制作。本次大比例尺地形圖的采集是按照立體模型準(zhǔn)確采集的, 確保采集的地物、地貌以及各類標(biāo)記點(diǎn)無遺漏, 若存在因遮擋等而造成無法采集地物、地貌等信息時(shí), 應(yīng)將無法采集的區(qū)域單獨(dú)標(biāo)注, 并及時(shí)反饋至外業(yè)測(cè)量人員, 使用全站儀測(cè)量手段進(jìn)行補(bǔ)測(cè), 確保各類要素齊全。此外, 在采集線狀地物時(shí), 采集方向應(yīng)與影像數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)的采集方向保持一致, 且能夠確保線狀地物能夠準(zhǔn)確接邊。在確保數(shù)據(jù)無誤的基礎(chǔ)上, 可以在Cass10.1軟件平臺(tái)中采用自動(dòng)處理系統(tǒng)生成測(cè)繪區(qū)域的數(shù)字線劃圖, 進(jìn)而通過手動(dòng)的方式采集各類注記點(diǎn), 如地名、水系、建筑物以及高程等, 各類注記點(diǎn)的疏密程度應(yīng)結(jié)合地形圖的比例尺適當(dāng)調(diào)整, 確保最終的地形圖準(zhǔn)確、美觀和布局合理。

2.5 精度對(duì)比

為驗(yàn)證本次無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在城市測(cè)量中的精度, 在測(cè)繪區(qū)域的各類像控點(diǎn)中隨機(jī)地選擇了10個(gè)控制點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù), 將該點(diǎn)周邊一定范圍內(nèi)的平均值作為該點(diǎn)的坐標(biāo)；同時(shí), 對(duì)10個(gè)控制點(diǎn)使用全站儀進(jìn)行外業(yè)測(cè)量, 進(jìn)而對(duì)比二者的誤差（表1）。由表1可知：二者的X的中誤差為±0.13m,Y的中誤差為±0.07m, 平面位置的中誤差為±0.16m, 高程的中誤差為±0.13m, 其精度完全滿足1/2000大比例尺地形圖測(cè)量的精度要求, 說明數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)能夠滿足礦山大比例尺地形圖測(cè)量的需求。

3 結(jié)束語

綜上所述, 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在城市測(cè)量中的應(yīng)用是成功的, 能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得大比例尺地形圖, 為城市規(guī)劃和發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。同時(shí), 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用減少了大量的外業(yè)工作量, 不僅提高了測(cè)繪效率和減少了成本, 也間接地降低了測(cè)量人員外業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過本次實(shí)踐表明, 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在城市調(diào)查的精度完全滿足實(shí)際需求, 成果質(zhì)量均滿足國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與全站儀測(cè)量精度對(duì)比表（單位：m）