1∶500地形圖無人機航測技術(shù)研究

林蔚凱

(龍巖市勘察測繪大隊，福建 龍巖 364000)

1∶500地形圖無人機航測技術(shù)研究

林蔚凱*

(龍巖市勘察測繪大隊，福建 龍巖 364000)

無人機低空航測技術(shù)發(fā)展越來越迅速，已經(jīng)成功應(yīng)用于各行各業(yè)。本文設(shè)計了無人機航測系統(tǒng)在1∶500地形測量中的技術(shù)流程，結(jié)合龍巖市的實際項目進行外業(yè)生產(chǎn)，并進行精度檢查。將此方法應(yīng)用在丘陵地區(qū)，不但在精度上滿足地形圖要求，而且提升了工作效率，縮短了測繪項目周期，為1∶500地形圖測圖項目提供了新的解決方案。

無人機；傳統(tǒng)測繪；精度

1 引 言

在1∶500地形圖測繪中，采用數(shù)字化測圖的作業(yè)方式更能保證地形圖地物的精度，但它需要控制網(wǎng)布設(shè)、逐個地物測繪、后期編繪等大量工作，整個作業(yè)周期很長。由于無人機、定位技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對地形圖測繪的周期要求更短，測繪單位需要改變傳統(tǒng)的作業(yè)模式，提升效率，縮短項目周期。無人機航測技術(shù)具有快速、便捷、準(zhǔn)確等特點，但考慮無人機及相機等硬件因素，大多認(rèn)為在內(nèi)業(yè)處理及外業(yè)航攝上均需進一步的提升才能完全滿足 1∶500的測圖精度要求[1～6]。

本文通過采用無人機航測和RTK-全站儀傳統(tǒng)測繪兩種方式對龍巖的一個項目進行測繪，并對作業(yè)成果進行對比分析，測量成果滿足測量精度要求，有效地提高了生產(chǎn)效率，縮短了作業(yè)周期。

2 無人機航測技術(shù)概述

無人機低空航測技術(shù)主要包括準(zhǔn)備工作、外業(yè)航攝及像控點測量、內(nèi)業(yè)成圖和外業(yè)調(diào)繪五個階段，具體如圖1所示。

3 1∶500無人機航測技術(shù)研究

3.1 項目概述

本次測試選取包括了房屋、道路、水田、河流、山體等地物類型多的項目作為測試范圍，面積為 3.22 km2，如圖2所示。采用KC1600固定翼無人機，搭載已做過檢校的索尼a7r相機進行航攝。相機的主要參數(shù)：CCD大?。?5.9 mm×24 mm，固定焦距：36.348 mm；影像尺寸： 7 360×4 912；像元大小：4.8 μm。航飛的主要參數(shù)： ①相對航高：255 m；②航向重疊度：75%；③旁向重疊度：65%；④地面分辨率為 3 cm。

圖2 項目區(qū)范圍圖

3.2 控制資料

3.2.1 像控點

在無人機航測中，像控點布設(shè)均需考慮兩個條件：一是足夠數(shù)量合理分布的像控點；二是像控點的點位明確。目前無人航測軟件主要有Inpho、Pix4D和航天遠(yuǎn)景Mapmatrix等，本實驗采用Inpho進行空三加密結(jié)合Mapmatrix進行航測成圖。無人機航攝與有人機航攝不同，其飛行高度低，速度慢，易受大氣升力、風(fēng)力的影響，造成重疊度不規(guī)則，因此對像控點布設(shè)及量測提出以下要求：

(1)像控點布設(shè)

在空三加密中，像控點分為高程點(VE)、平面點(HO)、平高點(HV)、高程檢查點(CVE)等。本試驗主要以平高點為主，部分像控點作為檢查點，它的布設(shè)要遵循以下的準(zhǔn)則：①應(yīng)布設(shè)在航向及旁向6片或5片重疊范圍內(nèi)，使布設(shè)的像控點盡量均勻；②應(yīng)布設(shè)在便于查找識別的位置；③盡量布設(shè)在地表，如道路交匯處；④顏色分界清楚區(qū)域，便于像控點精準(zhǔn)刺點；⑤根據(jù)已有影像(例如谷歌影像)判斷是否存在不好布設(shè)像控點的地帶，如一片森林或一片稻田等，針對這種地帶，在無人機起飛之前應(yīng)灑石灰或其他建立可識別的標(biāo)志性形狀作為像控點。本次航飛共布設(shè)84個平高點，如圖3所示。

圖3 像控點分布圖

(2)像控點測點及刺點

像控點的坐標(biāo)是否精準(zhǔn)影響整個測區(qū)的絕對定向的精度，因而對像控點的測量必須做到圓水泡居中，多次測量平差取值。本次航飛的像控點量測采用RTK量測10次后進行平差，得到較為精準(zhǔn)的像控點坐標(biāo)。

選用的像片控制點，其目標(biāo)影像應(yīng)清晰、易于辨別，特別是測區(qū)邊緣的像控點一定要清晰明了無異議，點之記說明清楚無誤，如房角點，需說明是東南角還是西北角的房角點。

3.2.2 空三加密

空三加密是在已知少量地面控制點的基礎(chǔ)上，通過量測重疊像片的同名像點坐標(biāo)，依據(jù)攝影測量原理，運用解析方法求解像片外方位元素及加密點坐標(biāo)的工作。本次試驗區(qū)采用Inpho 7.1做空三加密，通過將影像 POS(Position and Orientation System，定位定姿系統(tǒng))數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系由大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)為直角坐標(biāo)，影像的畸變改正、構(gòu)建影像金字塔模型、同名點提取、連接航帶、像控點刺點、平差等多個階段完成空三加密，本次測區(qū)的空三總共采用了82個平高點，14個檢查點，檢查點的精度如圖4所示。

圖4 空三加密檢查點精度記錄表

3.3 DLG生產(chǎn)

3.3.1 立體測圖

采用航天遠(yuǎn)景Mapmatrix4.2構(gòu)建立體像對，進行內(nèi)業(yè)的立體采編。該軟件可不需要提前采集核線，可以采用實時核線進行測圖；能根據(jù)外方位元素和影像重疊度自動組合立體像對，生成最佳的交會角，提高測圖的高程精度；也支持自動/手動切換立體模型，實現(xiàn)無縫連接，降低接邊工作量和立體模型選擇的工作量，提高作業(yè)效率[7]。

3.3.2 外業(yè)調(diào)繪

立體測圖形成了初步DLG成果后，通過外業(yè)調(diào)繪，復(fù)核地物的完整性及保證成圖的精度。外業(yè)調(diào)繪的工作包括屋檐更正、電桿連線、地物核實、道路調(diào)繪、水系調(diào)繪等內(nèi)容[8]。在 1∶500無人機航測中，最困難的在于屋檐的外業(yè)更正。將一些經(jīng)驗總結(jié)為以下幾點：

(1)注記：外業(yè)調(diào)繪對一幢房子往往標(biāo)記很多字樣，如尺寸、注記、層數(shù)等，建議以分色來表述，便于內(nèi)業(yè)改圖識讀，房屋結(jié)構(gòu)盡采用拼音首字母來表示，簡化外業(yè)地圖的注釋。

(2)屋檐寬度的量注：①實地量取房寬(長)反求屋檐，若單靠目估或直覺來評讀房屋的寬度往往是難以保證精度的，一定要量取房子真實的長寬，當(dāng)無法量取時，可借助圍墻(或無檐房)與其的直線共線等關(guān)系確定；②滴水線法，關(guān)鍵在于找準(zhǔn)地面上滴水痕跡，量取滴水痕跡至墻基的距離為屋檐寬度，若有排水孔、排水溝時不宜采用此法；③比較法，要嚴(yán)格判斷相鄰房屋、同一幢房屋相關(guān)的邊是否存在平行或同一個直線上等幾何關(guān)系，此法主要根據(jù)某一相鄰房屋或同一幢房屋的某些邊無屋檐時可直接改正；④目估法(吊垂線法)，將垂線切準(zhǔn)至屋檐邊線后，量取垂線至墻基的距離，此法關(guān)鍵在于目測垂球線是否切準(zhǔn)屋檐，在實際作業(yè)過程中，盡量不采用此法丈量屋檐。

(3)特殊情況的屋檐處理：如實地兩房屋原本分開，而采集時卻靠在一起，應(yīng)注意兩房屋的關(guān)系，要量取房屋的邊長來定位，并注明夾巷的寬度等。又如有女兒墻的平頂房屋，外面又有屋檐及屋檐是斜向的房屋，一定要量取房屋的長寬或幢距進行改正等等。

4 結(jié)果分析

采用航測外業(yè)調(diào)繪改正的數(shù)據(jù)和RTK實測數(shù)據(jù)進行對比分析，主要從平面精度和高程精度兩個方面進行對比。在平面精度方面選取房屋轉(zhuǎn)角點、電桿點、田埂、坎和圍墻等地物的轉(zhuǎn)角點進行對比，在高程精度方面選取居民區(qū)高程點、道路高程點和耕地高程點進行對比，結(jié)果如表1所示。將在RTK-全站儀傳統(tǒng)測繪和無人機航測投入的人員及階段周期分別作一個統(tǒng)計表，如表2所示。

航測外業(yè)精度分析表 表1

續(xù)表1

項目周期統(tǒng)計表 表2

綜上分析，田埂、道路、坎等地物的平面精度較好，房屋精度較差；實驗中發(fā)現(xiàn)，屋檐更正大的平面精度更低。因此，無人機航測應(yīng)嚴(yán)格按照《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CJJ/T 8-2011)：城市測量規(guī)范》中 1∶500的技術(shù)要求進行高質(zhì)量影像獲取、像控點布設(shè)、空三加密。從DLG成果上分析，平面精度在一定地物上是可以達(dá)到 1∶500的地形圖測繪標(biāo)準(zhǔn)；高程精度相對于平面精度略低，當(dāng)對高程精度要求高時，應(yīng)采用RTK-全站儀傳統(tǒng)測量方式測量。從表2可以看出，采用無人機航測之后，減少了人員的投入，縮短了項目周期，節(jié)約了工程測繪項目的成本。

5 結(jié) 論

本文采用固定翼無人機進行低空攝影，通過充分的準(zhǔn)備工作，進行外業(yè)的航空攝影、像控點測量以及內(nèi)業(yè)測圖，最終通過外業(yè)調(diào)繪階段形成試驗區(qū) 1∶500地形圖。通過將此地形圖與同時進行的RTK-全站儀傳統(tǒng)測繪數(shù)據(jù)成果進行對比，分析總結(jié)出不同類別地物的誤差情況，而且在項目的投入上得到了很大的改善。對于電桿、道路、田埂、陡坎、河流等地物可以采用無人機航測進行成圖，對于復(fù)雜的房屋，如成群的老建筑及相關(guān)的高程點，應(yīng)采用全站儀測量進行補充修測，當(dāng)對高程精度要求高時，應(yīng)采用RTK-全站儀傳統(tǒng)方式測量，以保證精度要求，而且也能縮短項目周期。

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The Research on the UAV Aerial Photogrammetry in 1∶500 Terrain Surveying

Lin Weikai

(Longyan Survey and Mapping Group，Longyan 364000，China)

The UAV aerial photogrammetry is more and more popular，and this technology was applied to many industries. This paper designed a technical process about how to use the UAV aerial photogrammetry in the 1∶500 terrain surveying. We put this opinion to use in rolling country’s survey. The result shows that it’s not only meets the requirements of topographic map，but also improves work efficiency，shortens the period of mapping project，which provides a new solution for the 1∶500 topographic mapping project.

UAV；conventional mapping；accuracy

1672-8262(2017)04-93-04

P231

A

2017—03—01

林蔚凱(1983—)，男，工程師，主要從事低空數(shù)字航空攝影測量工作。

福建省龍巖市交通研究科技項目(2016-重點-06)，本項目獲得2016年度福建省地理信息科技進步獎三等獎。