基于無人機攝影技術(shù)在1:1000地形圖測繪中的研究與應用

孟凡超

摘要：無人機攝影技術(shù)是新世紀以來遙感領(lǐng)域新型的低空測量技術(shù)，已經(jīng)作為一項成熟的測量與遙感技術(shù)手段逐漸取得測繪與GIS行業(yè)的認可與廣泛應用，為國家農(nóng)村宅基地確權(quán)、應急測繪、現(xiàn)代城市建設(shè)等提供了解決方案。本文通過實例驗證了基于無人機攝影技術(shù)在1：1000地形圖測繪中的的可行性，為同類項目的開展積累經(jīng)驗和提供參考。

Abstract： UAV photography technology is a new low altitude measurement technology in remote sensing field since the new century. As a mature measure and remote sensing technology， UAV photography technology has been gradually recognized and widely used in surveying and mapping and GIS industry， providing solutions to national rural homestead confirmation， emergency mapping， modern urban reform and so on. This paper verifies the feasibility of aerial vehicle photography technology in surveying and mapping of 1： 500 topographic map through examples， which can provide experience and reference for similar projects.

關(guān)鍵詞：無人機;航空攝影;地形圖測繪;應用

Key words： UAV;aerial photography;topographic mapping;application

中圖分類號：P217;P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）12-0146-03

0 ?引言

近年來，大比例尺地形圖測繪的最主要的方法是利用全站儀、RTK等設(shè)備來進行數(shù)字化測量，使用這種方法的最大優(yōu)點是全站儀、RTK在國內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)都比較成熟，成圖精度高，且設(shè)備采購價格相對便宜，但是這種方法也有著成圖周期長、成本較高、需要大量的人力來進行外業(yè)測量等缺點。伴隨無人機技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，無人機攝影技術(shù)得到了廣泛的應用，利用航空影像測制作地形圖的技術(shù)也有了質(zhì)的變化，無論是在成圖周期、控制成本、節(jié)省人力等方面比之傳統(tǒng)測量都有很高的提升。本文以安行虎蝠H-18無人機為例，參考測區(qū)的實際情況，介紹了在1：1000測圖中應用無人機低空攝影技術(shù)的實踐過程，并深度分析了該實踐過程。

1 ?無人機平臺及傳感器參數(shù)

1.1 安行虎蝠H-18無人機詳細參數(shù)

本測區(qū)無人機采用安行虎蝠H-18無人機，其單架次作業(yè)面積為8km2-20km2，載荷重量為3kg，最大續(xù)航時間為100分鐘，無中繼通訊距離為20km，姿態(tài)穩(wěn)定精度為橫滾±5°、俯仰±5°、偏旋±10°，航線控制精度為偏航距±3m、航高差±2m、航跡向差±3°，最大飛行速度為130km/h，抗風能力約6級，爬升角為30°。

1.2 傳感器參數(shù)

本測區(qū)航飛采用賓得645D相機，該相機采用最新的PRIME II影像處理器，有效像素高達4000萬，經(jīng)測試畸變精度更標準。具體參數(shù)見表1。

2 ?基于某測區(qū)的無人機航測大比例尺測圖實踐

2.1 技術(shù)設(shè)計方案

應選擇地勢較為平坦地形作為試驗區(qū)，進行1：1000地形圖航空攝影測量，便于滿足測繪市場對無人機精度的需求，檢驗無人機低空攝影對地形圖測繪的精度要求。為保證影響質(zhì)量符合標準，應嚴格依照相關(guān)規(guī)范標準要求設(shè)計技術(shù)方案。為獲取更高的影像質(zhì)量，地面分辨率應為0.05m。按常規(guī)方法設(shè)計航線，通常在攝區(qū)邊界線上或邊界線外設(shè)計平行于測區(qū)邊界線的首末航線，如此可保證測區(qū)邊界實際覆蓋至少超過像幅的30%。若不影響業(yè)內(nèi)正常加密及測像片控制點布置方便，旁向超出測區(qū)邊界線不少于像幅的15%，可視為合格。在不影響飛行中航線及姿態(tài)的情況下，可適當增加旁向重疊率。

2.2 航線規(guī)劃

結(jié)合測區(qū)實際情況，航線設(shè)計相機焦距為35mm，相機拍攝間隔為131m，航帶間隔為240m，分辨率0.05m，相對航高275m，航向重疊度設(shè)置為75%，旁向重疊度設(shè)置為55%。大致需要16個架次的飛行，每個架次飛行時間1個小時，無人機航飛線路如圖1所示。

2.3 作業(yè)流程

①初始化處理：利用航攝后處理軟件pix4d導入pos和原始照片進行處理，設(shè)置坐標系、相機參數(shù)后進行初始化處理。

②刺相控點：在做空三加密時首先要做像控點的刺點，在選定地面像控點之后，要在航攝像片上表示出其具體的位置，這樣才能把外業(yè)測量的像控點的坐標與像片上的點位對應起來。像片刺點的精度是保證加密之后點位精度的最重要一環(huán)，如果刺點不正確，經(jīng)常會造成內(nèi)業(yè)的返工，從而延誤時間。因此在做這項工作時必須要做到判準、刺準。具體操作就是將相控點對照點之記，在照片中刺出，同一個相控點刺點照片不得少于3張，對于位于相控點位于邊緣的照片、影像模糊相控點難以分辨的照片可以舍去不刺。

③生成點云模型：通過空三加密過程，若外業(yè)像控成果經(jīng)內(nèi)業(yè)檢核無異常，可直接使用外業(yè)測量數(shù)據(jù)提供下工序使用，反之，則需要使用空三加密后的成果資料提供下工序使用，針對空三加密過程中出現(xiàn)的異常情況應及時分析原因并采取應對措施，若在加密區(qū)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)像控點，可將其忽略。生成正射影像圖，同時自動生成點云模型。

④特征點采集：對于貼近地表的地物，如一、二層房屋、道路等，可直接在正射影像圖中采集;高程房屋等明顯高出地表的地物，可在點云模型中進行采集。詳見圖2、圖3。

⑤高程點采集：高程點可直接在點云模型中進行采集，可批量導出后篩選。詳見圖4。

⑥符號化：將所有特征點、線導入CASS軟件按照規(guī)程標準進行符號化，同時自動生成等高線，生成數(shù)字線劃圖。地物、地貌要素的采集按編碼分層進行采集分類碼執(zhí)行《1：500 1：1000 1：2000地形圖要素分類與代碼》GB/T 20257.1-2007。

⑦線劃圖檢查、等高線修整、地物修飾、圖幅裁切分幅，制作接圖表，出具最終數(shù)字線劃圖成果。詳見圖5所示。

3 ?精度檢查

為驗證無人機輔助測圖的的可行性和精度，采用GPS-RTK進行了實地采點檢查，均勻選取30個包括可以快速識別的特征點（包括房角，墻角、道路拐角、井蓋、溝渠等），經(jīng)過對比外業(yè)檢查點實測坐標與圖上坐標，計算出每個檢查點的平面中誤差（詳見表2）;同時在實驗區(qū)均勻?qū)崪y30個高程檢查點，通過等高線內(nèi)插高程值的方法計算出實測點在被測目標區(qū)域內(nèi)的圖上高程，通過對比計算出每個點的高差（詳見表3）。根據(jù)點位中誤差計算公式可算出地物點點位中誤差3.98cm，高程點中誤差4.20cm。經(jīng)檢測地物點點位中誤差小于地形圖成圖規(guī)定的中誤差，這說明無人機輔助測圖是可行的。

4 ?結(jié)論

隨著城市的飛速發(fā)展，人們對地形圖測繪技術(shù)的更新速度和周期提出了更高的要求，更新慢、周期長的傳統(tǒng)地形圖測繪技術(shù)已經(jīng)無法滿足當前社會、經(jīng)濟發(fā)展對數(shù)字地形圖及數(shù)字產(chǎn)品的需求。為保證城市經(jīng)濟建設(shè)的長遠發(fā)展，本文在1：1000地形圖測繪中利用無人機航攝技術(shù)將大量外業(yè)工作轉(zhuǎn)移至內(nèi)業(yè)測圖，提高了其在地形圖測圖作業(yè)中的效率。該方法在精度、操作、靈活機動等方面都有較大的優(yōu)勢，特別適用于小范圍大比例尺的地形圖測繪，是傳統(tǒng)測繪技術(shù)不能相比的，必將全面應用于大比例尺測圖。

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