無人機航攝地形圖制圖流程及精度分析

張鵬

摘 要：隨著低空無人機攝影測量技術(shù)的發(fā)展和完善，大量試驗己經(jīng)表明無人機測繪地形圖的精度可以滿足1：2000地形圖的要求，本文結(jié)合陜西某村的測量項目，詳細(xì)探討了無人機大比例尺地形圖的測量流程，包括航空攝影、像片控制、影像預(yù)處理、空中三角測量、DEM/DOM制作、地形圖制作及無人機航攝影像成圖精度分析等。相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：無人機 大比例尺 地形圖 測量技術(shù) DEM

中圖分類號：P231 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0058-02

本文以陜西某村為例，具體說明無人機航攝地形圖制圖流程及精度分析方法。項目采用“1980西安坐標(biāo)系”和“1985國家高程基準(zhǔn)”。測區(qū)作業(yè)工序為無人機航攝、地形測量（包括四等控制測量、I級控制測量、像控測量、圖根測量、野外補測、外業(yè)調(diào)繪）、空三加密、地形圖制作（包括立體采集、數(shù)據(jù)編輯工序（1∶2000比例尺一套））、DOM制作、DEM制作、質(zhì)檢驗收等工序。

1 航空攝影

該村采取東西向飛行，平均航攝比例尺為1∶23533，平均地面高度為1350m，其相對航高為650m。平均地面分辨率0.13m，滿足1∶2000成圖要求。本次外業(yè)攝影時間為2016年6月5日。

2 像片控制

2.1 影像資料分析

航線間隔及旁向重疊度在30%～40%之間，航向重疊度在65%～75%之間。全攝區(qū)無航攝漏洞，航向超出攝區(qū)范圍3～6條基線。像片傾斜角<4°，旋偏角<8°，航線彎曲度<3%。無人機航攝系統(tǒng)的飛行質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。同航線高差<30m，實際與設(shè)計航向<30m。實際航線偏離設(shè)計航線不大于像片上10cm。像片位移誤差<30m。航攝影像清晰、無云影等遮擋，色彩均勻，滿足設(shè)計要求。

2.2 像控點布設(shè)及刺點

2.2.1 像控點布設(shè)

像控點布設(shè)：像控點在航線方向上按10～15條基線布設(shè)，在旁向上按2～4條基線布設(shè)。布設(shè)的像控點能夠有效控制住成圖范圍，保證測段銜接區(qū)域內(nèi)沒有漏洞。像控點應(yīng)刺在航向及旁向重疊有5～6張像片的區(qū)域內(nèi)。像控點編號原則：測段像控點編號原則“GP+航片號四位+點序號”。像控點布設(shè)完成后繪制布點示意圖供內(nèi)業(yè)加密和存檔。滿足空三加密及數(shù)字化采集要求。

2.2.2 像控點的刺點及整飾情況

刺點誤差和刺孔的直經(jīng)均小于像片上0.1mm，且刺透，無雙孔。點位說明確切，略圖完整明了，刺孔、略圖、說明與實地柱位一致。在像片正面上用紅色直經(jīng)為7mm的圓形整飾像控點，并注記點號。在像片的背面用鉛筆繪制點位略圖和標(biāo)注文字說明等。

2.3 像控點測量

像控點坐標(biāo)可以使用全站儀、RTK等常規(guī)儀器進行測繪。像控點的精度和施測要求參照常規(guī)航測外業(yè)規(guī)范執(zhí)行。本次像控點測量采用雙頻GPS接收機，已知控制點為加密的一級GPS控制點。為保證像控點測量成果的可靠性，在全部像控點測量完畢后再收參考站。施測現(xiàn)場對點位進行拍照并制作成點位信息表供內(nèi)業(yè)加密使用。將檢查合格后的像控點數(shù)據(jù)進行處理，基線處理采用Compass靜態(tài)處理專業(yè)版軟件，得到該村片區(qū)像控成果。

2.4 該像控網(wǎng)精度

該村片區(qū)像控網(wǎng)精度統(tǒng)計如下。

（1）線向量檢核，同步環(huán)、異步環(huán)驗算：共驗算同步環(huán)15個，其中環(huán)線全長相對閉合差最大為：6.52ppm，限差為：15.0ppm。共驗算異步環(huán)9個，其中坐標(biāo)分量閉合差最大為：Wx=4.46cm，Wy=6.46cm，Wz=6.36cm，限差為：=±21.06cm。

（2）三維無約束平差：三維無約束平差最弱邊相對精度為：1/15267，邊名：2174-2173（邊長267m）。

（3）二維約束平差：約束平差最弱邊相對精度為：1/17725，邊名：2174-2173（邊長267m）。最弱點為2259，點位中誤差±2.03cm，限差為：±20.0cm。從上述精度統(tǒng)計情況可以看出，該村片區(qū)像控網(wǎng)精度指標(biāo)滿足技術(shù)要求。

3 空中三角測量

3.1 空三加密經(jīng)過像點連接、像控點量測、平差計算過程

（1）量測外控點時，先量測測區(qū)四周的像控點6個以后進行平差，其它像控點就可以通過預(yù)測的功能來找到大概位置達到快速量測旳目的。外控點的量測由專業(yè)人員進行，并由另外一位專業(yè)人員檢查。（2）應(yīng)用外業(yè)工序提供基礎(chǔ)控制點參與計算，提升空三加密的整體精度；應(yīng)用外業(yè)工序提供的實測高程點檢測空三加密精度。（3）量測完后進行最終的平差解算，首先將物方標(biāo)準(zhǔn)方差權(quán)放大，進行粗差的消除，然后逐步提高物方權(quán)重，確保粗差被全部探測出，最后給合適的權(quán)值強制平差。

3.2 區(qū)域網(wǎng)空中三角測量

根據(jù)連接點（加密點）的影像坐標(biāo)以和少量地面控制點的影像坐標(biāo)及其物方空間坐標(biāo)，通過平差計算，求解影像的外方位元素和連接點的物方空間坐標(biāo)，稱為區(qū)域網(wǎng)空中三角測量?？杖郎y量提供的平差結(jié)果是影像后續(xù)處理與應(yīng)用的基礎(chǔ)。

4 DEM、DOM 制作

4.1 DEM制作

首先，根據(jù)空三加密成果，對無人機航攝的原始影像進行重樣生成核線影像。其次，系統(tǒng)自動匹配三維離散點，得到攝區(qū)的DSM。最后，經(jīng)過自動濾波便可得到DEM。雖然DPGrid系統(tǒng)實現(xiàn)了自動匹配，但是由于現(xiàn)實地物的復(fù)雜性（如水體、樹木、陰影）以及人工地物的影響，所以實際生產(chǎn)中為了提高DEM的精度，需要對DEM進行人工編輯。因為DEM是原始航片進行糾正的基礎(chǔ)，只有準(zhǔn)確的DEM才能保證DOM的精度。

4.2 DOM制作

DPGrid系統(tǒng)全自動生成DOM主要包括：DEM數(shù)據(jù)處理、影像勻光勻色處理、DOM糾正處理、色調(diào)均衡處理以及DOM鑲嵌處理。系統(tǒng)生成的初步DOM結(jié)果，還要經(jīng)過人工編輯，對初始DOM成果進行顏色和幾何處理，才能真正滿足對DOM成果的要求。

5 1∶2000地形圖制作

配合DEM將DOM進行校正，然后在拼接生成完整的區(qū)域地圖。最后，將區(qū)域整體導(dǎo)入到VirtuoZo NT軟件中進行測圖，生成最終的地形圖（圖1）。

根據(jù)航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范及地形圖圖式進行地物、地貌要素的采集。外業(yè)調(diào)繪人員利用已有的圖紙和測圖數(shù)據(jù)，進行實地調(diào)繪、修測、補測等工作。

6 無人機航攝影像成圖精度分析

采用GPS快速靜態(tài)方式獲取該攝區(qū)外業(yè)檢查點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。該樹片區(qū)抽查了4幅圖（占本片區(qū)圖幅數(shù)的10%），共83個檢查點。對比這些外業(yè)檢查點的實測坐標(biāo)與圖上坐標(biāo)，計算出兩組坐標(biāo)的及高程差值。根據(jù)點位中誤差公式計算出每個檢查點的平面中誤差。具體計算結(jié)果如下。經(jīng)過整理計算，該村片區(qū)地物點平面點位中誤差為0.72m；高程中誤差為0.69m。根據(jù)點位中誤差計算結(jié)果繪制點位誤差分布圖。點位誤差分布圖更直觀的反映了每個檢查點的誤差分布情況?？梢钥闯鼋^大多數(shù)點位誤差分布在0～0.8m之間，其平面精度滿足1∶2000地形圖的要求。此外，我們將影像數(shù)據(jù)制作的地形圖與已有的1∶2000地形圖數(shù)據(jù)在CASS中進行套合比較。

7 結(jié)語

本文分析了無人機航攝系統(tǒng)的特點，介紹了無人機低空航攝規(guī)范。詳細(xì)描述了無人機航測系統(tǒng)測繪1∶2000地形圖的具體工作流程，并對最終生成的地形圖進行了精度評定，基本滿足1∶2000地形圖的精度要求。

參考文獻

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