【摘要】隨著測量測繪技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無人機(jī)測量技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，尤其在精度要求較高的地形圖測繪項(xiàng)目中。基于此，為提高地形圖測量測繪質(zhì)量與效率，文中簡單介紹無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，結(jié)合實(shí)例分析城區(qū)1：500地形圖測繪中此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用流程，梳理測繪要點(diǎn)，并對技術(shù)流程和地形圖成果精度進(jìn)行了驗(yàn)證分析，以期促進(jìn)測繪技術(shù)更新，節(jié)約測量成本的同時，快速更新城區(qū)地形區(qū)。

【關(guān)鍵詞】地形圖；無人機(jī)測量；城區(qū)測繪

【中圖分類號】TU198" " " 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）03-0116-03

0 引言

輕小型無人機(jī)測量精度高，使用便利，故在大比例尺地形圖測繪中的應(yīng)用愈發(fā)常見。在無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)合理應(yīng)用下，可有效減少測量誤差，同時能夠從多個角度采集帶有空間信息的真實(shí)影像，適用于較多測量測繪場景。因此，為充分發(fā)揮傾斜攝影測量技術(shù)功能作用，同步生成地形圖，實(shí)時更新測量動態(tài)，分析技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)是必要的。

1 無人機(jī)測量技術(shù)

無人機(jī)測量以“無人機(jī)+遙感設(shè)備”模式為主，可實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)高效率采集，通過科學(xué)設(shè)計，選擇多個拍攝測量角度，確保測量數(shù)據(jù)全面、完整。無人機(jī)測量技術(shù)具有重疊度高、盲區(qū)少的特征優(yōu)勢，通過將其應(yīng)用于城區(qū)測繪工作中，結(jié)合計算機(jī)系統(tǒng)等相關(guān)軟件，能夠?qū)⒌玫降臏y量結(jié)果以可視化三維模型的方式呈現(xiàn)出來，直觀呈現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域地理信息，從而為城區(qū)規(guī)劃、地籍測繪等提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持。一般情況下，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)續(xù)航時間在30min左右，但由于其測量效率較高，即便面對大區(qū)域測量任務(wù)，也能夠保證測量測繪成果的理想性。借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將采集到的信息數(shù)據(jù)實(shí)時傳遞給工作人員，一方面改善以往測繪資料的滯后性，另一方面可高效開展各項(xiàng)工作，降低人力、時間等成本。由此可見，基于測量測繪的無人機(jī)技術(shù)具有高真實(shí)性、高性價比、高效率等技術(shù)特點(diǎn)[1]。

2 分析輕小型無人機(jī)城區(qū)1：500地形圖測繪技術(shù)

對于大比例尺地形圖測繪項(xiàng)目，其對精度往往具有較高要求，雖然以往的全野外數(shù)字測繪也能夠完成此項(xiàng)工作，但需要投入大量時間、人力等資源，測量測繪人員的勞動強(qiáng)度、作業(yè)壓力也相對較大。因此，為優(yōu)化大比例尺地形圖測繪技術(shù)流程，提高作業(yè)效率與質(zhì)量，可運(yùn)用輕小型無人機(jī)開展測繪工作。文中引入具體案例，以期強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)梳理與驗(yàn)證。

2.1 項(xiàng)目實(shí)例

以縣老城區(qū)更新改造項(xiàng)目為例，為豐富測繪資源，優(yōu)化設(shè)計方案，面對面積11.7km2的工程設(shè)計落實(shí)1：500無人機(jī)傾斜攝影地形圖測繪項(xiàng)目，具有時間緊、任務(wù)重的特點(diǎn)。

2.2 技術(shù)流程

根據(jù)大比例尺制圖需求，本次案例中選擇輕小型無人機(jī)開展傾斜攝影測量工作，由于測量測繪規(guī)模不大，技術(shù)方案如圖1所示。

2.3 數(shù)據(jù)采集

2.3.1 基于無人機(jī)技術(shù)的外業(yè)數(shù)據(jù)采集

使用輕小型無人機(jī)技術(shù)開展大比例尺地形圖測量測繪工作時，外業(yè)數(shù)據(jù)采集首要任務(wù)是根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況確認(rèn)航線規(guī)劃與參數(shù)。本次案例項(xiàng)目中，輕小型無人機(jī)比一般無人機(jī)的測量測繪操作更為簡單，其自帶的攝像機(jī)具有實(shí)時同步和無用戶校準(zhǔn)功能，適用于密集建成的城市和地形復(fù)雜的區(qū)域。雖然其價格便宜，但通過優(yōu)選無人機(jī)品牌與機(jī)型，能夠在測量測繪過程中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定攝影測量，在靈活的功能操控系統(tǒng)下，可根據(jù)實(shí)際需求實(shí)時調(diào)控。而且，其所搭載的GPS/GLONASS雙模衛(wèi)星定位系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集與傳輸提供穩(wěn)定支持。但是不可否認(rèn)的是，此類無人機(jī)荷載相對較小，其搭載的相機(jī)數(shù)量與規(guī)格有限，常用相機(jī)為單鏡頭相機(jī)。在本次案例工程中，為使這一技術(shù)方案達(dá)到傾斜攝影測量的五鏡頭的測量效果，測量測繪人員可以從飛行方式入手調(diào)整。在其飛行攝影測量過程中，相關(guān)測量測繪人員可通過圖像實(shí)時傳輸檢查飛行過程中影像的準(zhǔn)確性，并確認(rèn)周圍環(huán)境是否存在安全威脅[2]。

在上述限制條件與案例項(xiàng)目測量測繪需求下，相關(guān)負(fù)責(zé)人員需準(zhǔn)確計算并確定以下參數(shù)。①無人機(jī)傾斜攝影測量航高。無人機(jī)飛行高度參數(shù)明確后，先尋找合適的地面影像分辨率值，一般情況下，這一數(shù)值主要根據(jù)航空攝影測量1：500地形圖的要求計算得出，大約為4.23cm/pixel。然后，相關(guān)測量人員需要明確本次輕小型無人機(jī)搭載的鏡頭焦距，結(jié)合像元大小，用焦距除以像元大小后乘以地面影像分辨率值，即可得航高參數(shù)。②確定重疊度與其他參數(shù)。所謂重疊度，指的是相鄰相片間的重疊程度，是影像連接點(diǎn)匹配的重要影響因素。重疊度越高，影像提取的連接點(diǎn)平差結(jié)構(gòu)越強(qiáng)。在上述案例項(xiàng)目中，針對本測區(qū)內(nèi)較為密集的建筑物建設(shè)現(xiàn)狀，以及三維建模對航攝成果使用需要，將航向重疊度與旁向重疊度分別設(shè)為80%、75%，采用差異化的拍攝方式。對于正射影像的獲取，主要使無人機(jī)搭載的相機(jī)垂直于地面進(jìn)行拍攝，即云臺俯仰角為0°，獲取傾斜影像時云臺俯仰角為45°，以東面傾斜航線規(guī)劃圖為例，其他方向類似，逐一確定所有參數(shù)后，根據(jù)航線分別對五個方向的影像數(shù)據(jù)加以采集，確保影像數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性。

2.3.2 測量像控點(diǎn)與檢查點(diǎn)

在無人機(jī)傾斜測量技術(shù)下的城區(qū)地形圖測量測繪項(xiàng)目中，像控點(diǎn)是傳統(tǒng)航空攝影測量用于大比例尺地形圖測制的必要環(huán)節(jié)。新時期下，無人機(jī)傾斜測量技術(shù)處于持續(xù)化發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在無人機(jī)傾斜測量技術(shù)日益進(jìn)步的背景下，實(shí)際測量測繪過程中使用的像控點(diǎn)數(shù)據(jù)呈減少狀態(tài)。文中案例項(xiàng)目選用輕小型無人機(jī)，其定位水平與一般無人機(jī)比較相對較差，若是按照原有精度進(jìn)行三維模型的建立，較難滿足1：500這種大比例尺城區(qū)地形圖測繪精度要求。因此，在測量像控點(diǎn)時，需要結(jié)合高精度的控制點(diǎn)參與空三解算，以提高模型精度，這也是文中案例技術(shù)方案的關(guān)鍵點(diǎn)。不僅如此，不依照比例尺表示的地物地貌，要對其定位點(diǎn)或定位線進(jìn)行采集，采集內(nèi)容要求如表1所示。

在實(shí)際操作過程中，按照合理分布情況確定像控點(diǎn)數(shù)量，在不影響測量精度的同時提高作業(yè)效率，降低項(xiàng)目投入成本。在上述案例項(xiàng)目中，無論是像控點(diǎn)的采集還是檢查點(diǎn)的采集，均由CORS多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)完成。按照現(xiàn)行控制點(diǎn)規(guī)范選取、布設(shè)控制點(diǎn)，通過分析項(xiàng)目實(shí)地情況，并落實(shí)人工標(biāo)記，所選位置以道路中線、斑馬線、地磚等航拍影像較為清晰、短期內(nèi)不會發(fā)生變動的位置為主，其中，角點(diǎn)用作控制點(diǎn)并標(biāo)記。采用CGCS2000國家坐標(biāo)系開展控制點(diǎn)測量工作，在上述案例項(xiàng)目中，根據(jù)實(shí)地勘察結(jié)果，控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)分別規(guī)劃了9個和31個，并對其進(jìn)行精細(xì)化的唯一性命名[3]。

2.4 構(gòu)建三維模型

完成上述數(shù)據(jù)采集工作后，為使測量數(shù)據(jù)得以切實(shí)發(fā)揮作用，還需對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，然后構(gòu)建實(shí)景三維模型，以此為基礎(chǔ)開展精度分析。在上述案例項(xiàng)目中，整理外業(yè)數(shù)據(jù)，補(bǔ)測存在遮擋無法構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)區(qū)域后，經(jīng)整理共得到5462張測量影像。使用Context Capture對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動識別照片位置姿態(tài)信息（POS），完成影像數(shù)據(jù)預(yù)處理。然后面向初步處理后的測量影像進(jìn)行像控點(diǎn)刺點(diǎn)，影像上帶有像控點(diǎn)的數(shù)據(jù)開展空三建立工作，確保其精度滿足后續(xù)地形圖測繪要求，確認(rèn)合格后進(jìn)行三維建模，開展模型精度分析。

2.4.1 解算空中三角并建模

空中三角測量處理是傾斜影像數(shù)據(jù)的核心，處理流程為：從少量的控制點(diǎn)出發(fā)，基于航攝影像加密控制點(diǎn)，運(yùn)用光束法區(qū)域網(wǎng)平差的方法解算出加密點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)空中三角加密，同時得到絕對定向所需的外方位元素與加密控制點(diǎn)，順利將攝影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)。從操作本質(zhì)上來看，其主要是轉(zhuǎn)換坐標(biāo)空間，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)大地坐標(biāo)的精準(zhǔn)求取。在上述案例項(xiàng)目中，完成空中三角計算工作后，得到了水平誤差、高程誤差和點(diǎn)位誤差數(shù)據(jù)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，存在一個控制點(diǎn)不滿足空三解算標(biāo)準(zhǔn)中對粗差要求，因而參與空中三角解算的控制點(diǎn)縮小到8個。在滿足空中三角精度要求后，相關(guān)測量測繪人員需對實(shí)景三維模型進(jìn)行制作，分別制作灰度模型、實(shí)景三維模型和Mesh模型，通過不同形式的三維模型，為后續(xù)工作奠定良好基礎(chǔ)。

2.4.2 基于模型精度分析控制點(diǎn)具體影響

由于控制點(diǎn)數(shù)量與三維模型精度之間具有緊密關(guān)聯(lián)，但并非正比例關(guān)系，前期隨著控制點(diǎn)數(shù)量的增加，三維模型精度確實(shí)處于上升趨勢，但是當(dāng)控制點(diǎn)達(dá)到一定數(shù)量，三維模型精度將不會再出現(xiàn)明顯提升。所以，在上述案例項(xiàng)目中，為保證輕小型無人機(jī)傾斜攝影測量精準(zhǔn)性，需要分析技術(shù)方案中的控制點(diǎn)數(shù)量是否對三維模型精度造成影響[4]。

實(shí)際分析過程中，引入CORS實(shí)測檢查點(diǎn)，同時在三維模型上量取點(diǎn)位坐標(biāo)，結(jié)合二者開展平面精度檢驗(yàn)分析。在此次實(shí)驗(yàn)操作中，面向三維模型共刺入四次控制點(diǎn)，每次刺入的控制點(diǎn)數(shù)量分別為8個、6個、4個、3個。由此構(gòu)成四種分析情況，通過對比分析不同情況下三維模型精度呈現(xiàn)情況，以此判斷有無影響，以及影響程度。在上述案例項(xiàng)目中，野外實(shí)測檢查點(diǎn)共有31個，開展數(shù)據(jù)誤差分析，在刺入八個控制點(diǎn)的情況下，三維模型平面中顯示的誤差數(shù)據(jù)在±0.05m左右，根據(jù)1：500地形圖繪制精度要求（小于±0.15m），發(fā)現(xiàn)并未超出要求范圍。運(yùn)用同樣方法與實(shí)驗(yàn)流程，對比分析同名點(diǎn)高度精度，發(fā)現(xiàn)在31個檢查點(diǎn)的高程精度評價中，高程誤差最大的點(diǎn)、高程誤差最大值、高程中誤差數(shù)據(jù)分別為xn05、0.11m、±0.06m?，F(xiàn)行規(guī)范要求高程中誤差不大于0.17m，經(jīng)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)三維模型滿足項(xiàng)目大比例尺地形圖繪制精度要求。

為實(shí)現(xiàn)對精度影響的深入對比與分析，分別對不同數(shù)量控制點(diǎn)下影像進(jìn)行三維建模后，對三維模型點(diǎn)位坐標(biāo)精度進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)在31個檢查點(diǎn)下，不同刺入個數(shù)的誤差情況不盡相同，尤其是控制點(diǎn)數(shù)量、精度、分布、刺點(diǎn)精度方面，對三維模型的精度均帶來了影響。當(dāng)刺入控制點(diǎn)數(shù)量為8個時，由于刺點(diǎn)精度相對較低，即便減少刺入控制點(diǎn)數(shù)量，也會在點(diǎn)y方向上出現(xiàn)較大整體性誤差，在該情況下，三維模型點(diǎn)位中誤差精度提高，由0.05m提高至0.03m。相較于8個控制點(diǎn)的刺入場景，無論是6個控制點(diǎn)的刺入還是4個控制點(diǎn)的刺入情境，三維模型發(fā)生的精度變化均相對較小，點(diǎn)位中誤差均為0.03m。在3個控制點(diǎn)的刺入情況下，三維模型點(diǎn)位精度降低，但是由于案例項(xiàng)目主要為平原地區(qū)，在高程方面，其變化較不明顯，因此，三維模型高程中誤差變化不明顯，基本未出現(xiàn)變化。但是從最終結(jié)果來看，無論刺入的控制點(diǎn)數(shù)量多少，其最終分析結(jié)果均滿足案例項(xiàng)目大比例尺地形圖繪制要求，因此，為控制測量成本，同時不影響三維模型精度，最終布設(shè)4個控制點(diǎn)。

2.5 繪制地形圖

在輕小型無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的使用下，城區(qū)1：500地形圖繪制需要先將模型按照OSGB格式導(dǎo)出，然后對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以EPS平臺為基礎(chǔ)新建工程，將其轉(zhuǎn)化為DSM數(shù)據(jù)格式，然后導(dǎo)入平臺開展繪制工作。

需要注意的是，在繪制完成后，應(yīng)根據(jù)地物不同使用不同地物的編碼繪制實(shí)驗(yàn)區(qū)域地形圖[5]。這一流程無需借助其他工具，相較于其他技術(shù)方案，地形圖繪制效率大幅提升。

3 結(jié)語

綜上所述，在城區(qū)1：500地形區(qū)測量測繪項(xiàng)目中，根據(jù)實(shí)際情況可選用輕小型無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，尤其是小城區(qū)區(qū)域，在該技術(shù)應(yīng)用下，不僅可以獲得較高水平測量測繪精度，還能夠降低成本，減少控制點(diǎn)布設(shè)，降低相關(guān)人員工作壓力，提高測量質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 張秋義，王笑，王曉旭，等.基于傾斜攝影建模多技術(shù)融

合的1：500地形圖測繪[J].地理信息世界，2022，29

（3）：13-17.

[2] 田正杰，王雪英，渠濤，等.無人機(jī)載LiDAR在光伏場區(qū)

1：500地形圖測繪中的應(yīng)用[J].測繪通報，2023（5）：

180-184.

[3] 張福存，薛晉宇，賈國煥，等.基于實(shí)景三維模型的城市

1：500地形圖測繪[J].地理空間信息，2021，19（2）：

36-39.

[4] 馬海政，強(qiáng)德霞.免像控?zé)o人機(jī)航攝系統(tǒng)在大比例尺地

形圖測量中的應(yīng)用[J].測繪通報，2020（7）：159-161.

[5] 楊亞彬，謝思梅，謝榮安.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在不

動產(chǎn)更新測繪中的應(yīng)用[J].測繪通報，2020（7）：108

-111.

[作者簡介]張明航（1978—），男，安徽懷遠(yuǎn)人，本科，工程師，研究方向：測繪。