李顯軍

(陽春市自然資源測繪中心 廣東 陽江 529699)

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）作為現(xiàn)代數(shù)字地圖4D產(chǎn)品中重要的一部分，在科學(xué)領(lǐng)域和工程應(yīng)用中都有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的DEM 數(shù)據(jù)較易獲取，但分辨率較低，且不足以充分描繪真實(shí)的地形特征，難以實(shí)現(xiàn)對高精度地塊的地表形態(tài)表達(dá)[1]。

低空無人飛行器的測繪遙感系統(tǒng)主要由航拍無人機(jī)系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。采用低空無人飛行器進(jìn)行航拍快速獲取測區(qū)大比例尺4D產(chǎn)品，由于受天氣干擾較少目前已經(jīng)成為一種效率高而成本低的遙感測繪方式。無人飛行器搭載相機(jī)設(shè)備、傾斜攝影設(shè)備用于環(huán)境安全、開發(fā)利用實(shí)時監(jiān)測為決策部門提供及時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和資料，更好地服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)綠色發(fā)展[2]。

本項目航空攝影擬使用UAVRS-20型無人飛機(jī)完成航空攝影飛行任務(wù)；攝影相機(jī)采用Canon 5D Mark II數(shù)碼相機(jī)獲得影像；影像拼接采用隨機(jī)軟件完成，內(nèi)業(yè)處理擬采用數(shù)字?jǐn)z影測量工作站MapMatrix、南方開思軟件完成整個航測內(nèi)業(yè)工作，實(shí)現(xiàn)攝影與測圖生產(chǎn)流程一體化。

1 無人機(jī)飛行設(shè)計

1.1 航區(qū)與航線設(shè)計

1.1.1 航攝分區(qū)的劃分?jǐn)z區(qū)地形高差相差較小，根據(jù)規(guī)范要求可不用分區(qū)。在攝區(qū)略圖上注攝區(qū)代號經(jīng)緯度、圖幅編號、重要湖泊、城鎮(zhèn)河流以及有關(guān)說明等。

1.1.2 航線敷設(shè)要求

航線按地形條件和攝區(qū)進(jìn)行設(shè)計。

1.1.3 航攝季節(jié)和航攝時間的選擇

航攝時間應(yīng)根據(jù)攝區(qū)太陽高度角顧及光照陰影倍數(shù)確定平地太陽高度角大于20°，陰影倍數(shù)小于3.5；丘陵地太陽高度角應(yīng)大于25°陰影倍數(shù)小于2.1。

1.2 航姿與像片設(shè)計

1.2.1 像片重疊

測區(qū)按平地要求采用正常重疊進(jìn)行設(shè)計，航向重疊不小于80%，旁向重疊不小于40%。

1.2.2 像片傾角設(shè)計

像片傾角一般不大于2°，最大不超過3°。

1.2.3 覆蓋攝區(qū)、圖廓設(shè)計

航向覆蓋要超出測區(qū)整個邊界線且大于一條基線；旁向覆蓋超出測區(qū)大于像幅的50%，最少要大于像幅的30%。

1.3 POS參數(shù)閾值

當(dāng)相鄰的照片的重疊度小于該閾值時認(rèn)為這兩張照片分屬不同的航帶。設(shè)置每天航帶的最少像片數(shù)少于該照片數(shù)會忽略[3]。照相時飛行姿態(tài)的最大俯仰角閾值，俯仰角超過該閾值的照片會被忽略。當(dāng)相鄰照片的旋偏角超過閾值時則認(rèn)為它們分屬不同的航帶。設(shè)置航帶最大曲率閾值自動創(chuàng)建的航帶保證其曲率不超過該閾值。航攝資料不允許有漏洞，任何航攝中出現(xiàn)的漏洞均要及時補(bǔ)攝，必須按原設(shè)計要求滿足區(qū)域網(wǎng)加密的要求并超出漏洞外采用同一主距的數(shù)字航攝儀進(jìn)行補(bǔ)攝一條基線。設(shè)置照相時飛行姿態(tài)的最大側(cè)滾角，側(cè)滾角超過該閾值的照片將會被忽略。旋偏角一般不大于10°，最大不超25°，超過25°重飛。

同一條航線上最大航高與最小航高之差小于50 m，航攝分區(qū)內(nèi)的實(shí)際航高與設(shè)計航高之差小于設(shè)計航高的5%，相鄰的航高差不大于30 m。

1.4 相機(jī)校驗

相機(jī)檢校的目的是檢校出像主點(diǎn)的偏移量、畸變參數(shù)等重要信息，是攝影測量應(yīng)用的基礎(chǔ)工作。相機(jī)檢校的精度會直接影響后期攝影測量成果的精度[4]。如果相機(jī)檢校精度不夠，會影響整個數(shù)據(jù)后處理結(jié)果的精度，導(dǎo)致辛辛苦苦航飛的數(shù)據(jù)，經(jīng)過繁復(fù)的加工處理，依然達(dá)不到既定的項目目標(biāo)，浪費(fèi)人力、物力，耽誤項目工期。

正是由于相機(jī)檢校的重要性，所以航測的測繪工作中對相機(jī)檢校的工作不能馬虎。校驗的方法主要有三維檢校場檢校和自檢校兩種。

根據(jù)立體影像進(jìn)行檢查DEM，精度不滿足要求時需重新對特征點(diǎn)、線進(jìn)行整合生成DEM，生成DEM 的過程如圖1所示。

圖1 DEM生成流程

2 數(shù)字高程模型（DEM）生產(chǎn)中空三加密處理

DEM生產(chǎn)過程中需要設(shè)置的基本參數(shù)：POS參數(shù)、航帶參數(shù)、空三轉(zhuǎn)點(diǎn)、空三解算等[5]。

2.1 POS參數(shù)設(shè)置

POS參數(shù)設(shè)置見圖2。

圖2 POS參數(shù)設(shè)置

2.2 空三轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)置

空三轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)置見圖3。

圖3 空三轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)置

2.3 自動化處理

自動處理包括：自動劃分航線轉(zhuǎn)點(diǎn)、自動平差解算輸出全區(qū)粗略DEM并輸出單片糾正DOM，最后勻光勻色輸出全區(qū)快視圖，詳見圖4。如果精度要求不高輸出的DEM成果即可滿足需求，如果還需要進(jìn)一步制作更精細(xì)的DEM正射影像需要繼續(xù)執(zhí)行人工操作[6]。

圖4 自動處理形成的部分DEM

2.4 交互編輯

交互編輯需要匹配同名像點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位，若標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位內(nèi)不存在同名像點(diǎn)需手動加點(diǎn)；若在標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位內(nèi)存在同名像點(diǎn)無須增加連接點(diǎn)。人工加點(diǎn)方法主要有兩種：（1）航帶法人工加點(diǎn)；（2）人工選片法加點(diǎn)。對于小數(shù)碼影像一般建議使用第一種加點(diǎn)方法即航帶法人工加點(diǎn)。

2.5 平差計算

完成初步平差系統(tǒng)就可以預(yù)測控制點(diǎn)并重復(fù)自動加點(diǎn)過程完成剩余控制點(diǎn)的量測工作。像坐標(biāo)限差默認(rèn)為像素大小的一半，控制點(diǎn)在大地坐標(biāo)系中的平面限差，高程限差默認(rèn)大小都是0.6 m。設(shè)置好限差后根據(jù)指定的限差進(jìn)行光束法空三解算。由于匹配已經(jīng)夠多，不需要進(jìn)行人工編輯粗差點(diǎn)。進(jìn)行平差解算后直接刪除，直到無粗差點(diǎn)被挑出。平差后生產(chǎn)的DEM見圖5。

圖5 平差計算后DEM

3 作業(yè)步驟與主要技術(shù)指標(biāo)

3.1 內(nèi)定向和相對定向

定向精度要求內(nèi)定向框標(biāo)坐標(biāo)量測誤差應(yīng)不大于0.02 mm；相對定向各點(diǎn)的殘余視差一般不大于0.025 mm，最大0.03 mm。直接使用空三加密創(chuàng)建的模型進(jìn)行定向需要檢查內(nèi)定向、相對定向和絕對定向的精度。

3.2 檢查DEM數(shù)據(jù)范圍、精度接邊是否合格

DEM精度的檢查方法：當(dāng)DEM數(shù)據(jù)精度滿足規(guī)定的相應(yīng)要求時將DEM 生成等高線疊加到模型上來檢查，也可以在立體模型上采集檢查點(diǎn)。

3.3 修改DEM數(shù)據(jù)

當(dāng)DEM 數(shù)據(jù)存在錯誤時需重新采集不符合要求的特征點(diǎn)、線，整合后生成DEM 符合要求并重新提交修改后的DEM數(shù)據(jù)。特征點(diǎn)、線的采集DEM具體要求如下。

（1）特征點(diǎn)：肩部、山頭、鞍部和凹地等。（2）特征線：山地與平地交界的山脊谷線；有一定高差的地形變換線和靜止水面、塹坎、斜坡、梯田坎等；靜止水面（如：水庫、湖泊等）、寬度大于5 m水涯線、大面積平坦地區(qū)內(nèi)的道路及有地形變換的要素。在丘陵地山地地區(qū)要利用同種資料相同設(shè)備檢測特征點(diǎn)線的高程精度，特征點(diǎn)、線采集的密度數(shù)量應(yīng)能較好地反映地貌。

3.4 整合特征點(diǎn)、線

用線性內(nèi)插增加特征線上點(diǎn)使由特征點(diǎn)線形成的不規(guī)則三角形能看出地表真實(shí)情況，整合特征點(diǎn)使特征線之間的平距大于1 m。

3.5 生成DEM

將整合后的特征點(diǎn)線生成分辨率正確DEM（見圖4），要求符合精度無漏洞無異常值。

3.6 DEM的精度評價

利用空三加密檢查點(diǎn)（個別不大于1.0 m）。丘陵地的高程誤差不大于1.7 m來評價DEM的精度。用線性內(nèi)插檢查高程值并與檢查點(diǎn)高程值比較，要求山地的高程誤差一般不大于3.3 m，平地誤差不大于0.7 m，并以1∶10 000圖幅為單位分別評價數(shù)字高程模型形成的DEM，如圖6所示。

圖6 DEM圖

4 結(jié)語

無人機(jī)給測繪行業(yè)帶來了革命性的發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用于土地管理、設(shè)計規(guī)劃、實(shí)時監(jiān)控和災(zāi)害預(yù)測等很多領(lǐng)域。該文給出了適合于土地確權(quán)的無人機(jī)遙感影像DEM生產(chǎn)流程設(shè)計，對數(shù)字高程模型（DEM）生產(chǎn)中空三加密處理（POS 參數(shù)設(shè)置、空三轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)置、自動化處理、交互編輯）等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃與實(shí)施，建立了DEM作業(yè)步驟及主要技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行了精度檢查等工作。