張 琪，孔玉霞，韓新雨，潘星瑚

(遼寧科技學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

傳統(tǒng)低空攝影測量因測量技術(shù)成本高，周期長，且采集的數(shù)據(jù)受天氣條件等因素影響，使無人機(jī)技術(shù)適用于大范圍小比例地面測量任務(wù)受到局限，為改善這些狀況，我國研發(fā)出全數(shù)字化高精度航空圖像及測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。它具有成本低、操作簡單、時(shí)效強(qiáng)等優(yōu)勢，可利用高分辨率航片高效快速生產(chǎn)4D產(chǎn)品[1]。其產(chǎn)品被應(yīng)用于國土、規(guī)劃、智慧城市、農(nóng)業(yè)勘察、道路巡查、交通管理、電力巡檢、應(yīng)急災(zāi)害和文物考古等領(lǐng)域，無人機(jī)測圖技術(shù)已成為在地理空間信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中獲取信息的重要手段。

技術(shù)發(fā)展的初期，在傳統(tǒng)測圖的技術(shù)基礎(chǔ)上,發(fā)展為基于無人機(jī)平臺(tái)所進(jìn)行的航空攝影進(jìn)行數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)，但需要在現(xiàn)場布設(shè)像控點(diǎn), 像控點(diǎn)的數(shù)量和精度均要符合規(guī)范要求。針對上述線劃圖生產(chǎn)方式上的種種缺陷點(diǎn)與不足，隨著測繪技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，通過架設(shè)基站，實(shí)時(shí)獲取高精度的無人機(jī)作業(yè)的 POS 數(shù)據(jù)，替代了外業(yè)布置像控點(diǎn)的煩瑣工作，使生產(chǎn)的大比例尺的DLG更快捷、更高效[2]。

1 無人機(jī)免像控技術(shù)

1.1 無人機(jī)免像控技術(shù)概況

在傳統(tǒng)的航攝測量作業(yè)模式下，外業(yè)部分需要大量的人力和物力。如果遇到山區(qū)、災(zāi)害現(xiàn)場等特殊狀況，且部分環(huán)境工作人員不能順利進(jìn)入現(xiàn)場，導(dǎo)致整個(gè)測量工作陷入困局，大大增加實(shí)測的費(fèi)用開支， 甚至必須降低測繪精度為代價(jià)來完成工作任務(wù)。

天狼星無人機(jī)航測系統(tǒng)結(jié)合RTK技術(shù)，獲取高精度、高密度的像片控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，為航測獲取數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)提供更多便捷。

1.2 無人機(jī)免像控技術(shù)特點(diǎn)

(1)通過精密的測時(shí)技術(shù)和差分技術(shù)，獲取每一張相片拍攝的絕對準(zhǔn)確位置，取代傳統(tǒng)的地面控制點(diǎn)的測量。

(2)相機(jī)搭載高精度POS系統(tǒng)，能快速跟蹤獲取高精度的位置信息，其機(jī)身內(nèi)搭載IMU系統(tǒng),能夠自動(dòng)準(zhǔn)確跟蹤獲取相機(jī)拍照時(shí)的姿態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)高精度免像控技術(shù)的DLG產(chǎn)品生產(chǎn)。

(3)利用專用的內(nèi)業(yè)軟件進(jìn)行航線規(guī)劃，設(shè)置適合工作項(xiàng)目的技術(shù)參數(shù)，其中，包括地面分辨率、航線的旁向重疊度、航向重疊度等參數(shù)。軟件將自動(dòng)生成最佳航飛路線，且可輕松實(shí)現(xiàn)針對特定地形自適應(yīng)航高模式飛行。

(4)搭載高頻接收機(jī)可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星拍攝的位置信息，數(shù)據(jù)與接受基準(zhǔn)站或衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)據(jù)同步。

(5)通過基準(zhǔn)站獲得高精度的定位數(shù)據(jù)。

(6)可采用影像數(shù)據(jù)采集后處理軟件實(shí)現(xiàn)影像自動(dòng)糾正和自動(dòng)匹配、拼接。

2 生產(chǎn)DLG技術(shù)研究

2.1 DLG概念

數(shù)字線劃圖(digital line graph,簡稱DLG)是指一類能以點(diǎn)、線、面形式，特定圖形符號(hào)形式組合來綜合表達(dá)地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集[3]。點(diǎn)要素在矢量數(shù)據(jù)中表示為一系列單點(diǎn)坐標(biāo)及相應(yīng)的屬性值；線面要素則被表示出與首尾點(diǎn)的關(guān)系為重合的一組連續(xù)的或?yàn)橐淮B續(xù)的坐標(biāo)組數(shù)及與其有相應(yīng)的關(guān)聯(lián)項(xiàng)的屬性值。數(shù)字線劃圖是我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果的主要組成部分。

2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

利用無人機(jī)獲取影像數(shù)據(jù)后，采用內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件pix4Dmapper和ContextCapture專業(yè)軟件進(jìn)行無人機(jī)的圖像數(shù)據(jù)處理。具體操作流程為：導(dǎo)入航飛相機(jī)中的原始影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)，進(jìn)行無人機(jī)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理，修正原始影像畸變和進(jìn)行相機(jī)數(shù)據(jù)檢校；自動(dòng)進(jìn)行無人機(jī)影像數(shù)據(jù)連接點(diǎn)提取和自由網(wǎng)平差，進(jìn)行影像定向，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，生成正射影像圖(DOM)、數(shù)字表面模型(DSM)、數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字線劃圖(DLG)等，DLG數(shù)據(jù)則要借助立體測圖軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪等圖面修飾等。技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程圖

2.3 DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)

采用軟件技術(shù)進(jìn)行無人機(jī)數(shù)據(jù)處理，航片示意圖如圖2所示。主要流程為：影像數(shù)據(jù)采集和POS導(dǎo)入→自動(dòng)空三處理(相對定向)→相片刺點(diǎn)(絕對定向)→評差→構(gòu)建立體相對→DLG生產(chǎn)[4]。DLG的生產(chǎn)借助DP-Moderler立體測圖軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集要素有水系、居民地、交通線路、等高線等各類地表要素，采集后需要外業(yè)調(diào)繪進(jìn)行屬性信息和現(xiàn)勢性的確認(rèn)，完成DLG數(shù)據(jù)輸出。

圖2 航片示意圖

2.4 數(shù)據(jù)成果

通過獲取的航片，利用內(nèi)業(yè)軟件生產(chǎn)4D產(chǎn)品，如圖3、圖4、圖5所示。數(shù)字線劃圖(DLG)是地形圖中基礎(chǔ)要素信息的矢量數(shù)據(jù)集，可保存各類要素的空間關(guān)系和屬性信息。數(shù)字線劃圖全方位的描述地表目標(biāo)，可滿足各種空間分析要求，隨機(jī)地進(jìn)行數(shù)據(jù)選取和顯示，與其他信息相互進(jìn)行疊加，進(jìn)行空間分析和決策。

圖3 DOM

圖4 DEM

圖5 DLG

目前，測繪行業(yè)中借助于全站儀、GNSS等設(shè)備進(jìn)行大比例尺DLG線劃圖的測繪方法因工作量大，效率低且受環(huán)境限制大等劣勢逐漸被替代。無人機(jī)傾斜攝影目前在測繪行業(yè)備受關(guān)注，并將無人機(jī)數(shù)字航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用于大比例尺數(shù)字線劃圖(DLG, Digital Line Graphic)的測繪，是近期隨著傾斜攝影技術(shù)的不斷發(fā)展，三維模型的精度不斷提高而出現(xiàn)的新型測繪技術(shù)[5]。

3 結(jié)論與展望

隨著國內(nèi)無人機(jī)免像控技術(shù)迅速發(fā)展，目前國產(chǎn)高端無人機(jī)科技創(chuàng)新已然開始引領(lǐng)著無人機(jī)世界的潮流，無人機(jī)免像控測圖方面的巨大優(yōu)勢也將會(huì)大幅度凸顯出來，測圖技術(shù)要求測量精度必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)也大幅提高了測繪的工作效率，既減少了大量外業(yè)測量精度的干擾，又有效節(jié)省了項(xiàng)目成本。無人機(jī)在國內(nèi)的發(fā)展也處在突飛猛進(jìn)的階段，這將意味著測繪行業(yè)當(dāng)中對于航拍無人機(jī)技術(shù)的開發(fā)運(yùn)用范圍也會(huì)越來越廣泛，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種高效的測量模式，無人機(jī)免像控技術(shù)將成為今后無人機(jī)測圖的趨勢或?qū)⒊蔀闇y繪成果采集的主流手段。