利用無人機快速更新大比例尺地形圖方法研究

陳楚，王琳（天津市測繪院，天津 300381）

利用無人機快速更新大比例尺地形圖方法研究

陳楚?，王琳
（天津市測繪院，天津 300381）

研究擬采用利用無人機差分GPS技術，差分GPS輔助空中三角測量、鋪設構架航線等相關技術，最大限度減少外業控制點的基礎上，提高高程精度，以滿足大比例尺地形圖對高程的要求。最后通過對控制點和檢查點的精度分析，得出了利用無人機快速更新大比例尺地形圖方法的可行性結論。

差分GPS技術；構架航線；大比例尺地形圖；無人機

1 引 言

2 試驗區概況

本文使用的是UV20固定翼無人機遙感系統，該無人機系統具有高可靠性和便捷的操縱性等優異品質，同時經過優化的氣動布局，配備全自動彈射起飛和傘降系統，可加裝高精度穩定云臺、雙頻GPS接收機及全畫幅數碼相機等任務載荷，設備在無人機中的布置如圖1所示。該系統具備了完全自主化起降的特點，提供給用戶更便捷、更可靠的操控、更靈活的運用以及對操縱人員更簡化的培訓要求，該無人機在同級別起飛重量的無人機中具有相對較長的航時。相機采用Cannon EOS 5D MarkⅢ相機，主要參數如下:

①像元大小:6.25 um

②影像尺寸:5 760×3 840

③焦距:34.392 0 mm

④快門速度:1/60-1/8000

無人機搭載的是華測GPS M600雙頻GPS接收機，實時動態RTK精度如下:

①平面精度:±（10+1×10-6×D）mm

②高程精度:±（20+1×10-6×D）mm

圖1　無人機內設備布置圖

為驗證控制點數量和差分GPS對空三精度的影響，選擇天津靜海團泊為試驗區如圖2白框所示區域，地形類別為平地，地面坡度均在2°以下，面積約 6.5 km2。

3 影像數據獲取

利用UV20固定翼無人機搭載Cannon EOS 5D MarkⅢ相機和雙頻GPS接收機，為了更好對比不同航攝方案對結果精度的影響，此次飛行航線按照制作

? 收稿日期:2015—11—12

作者簡介:陳楚（1980—），男，高級工程師，主要研究方向遙感技術與應用、變化監測，城市三維地形圖制作。

基金項目：國土資源部公益性行業科研專項（201311045）

近幾年，隨著計算機技術、通訊技術的發展，無人機數字航攝技術以其機動靈活、經濟、便捷等顯著特點，成為傳統航空攝影測量手段的有力補充，在突發災害應急數據獲取及小范圍快速成圖方面顯示出了無人機航攝系統獨特的優勢。但由于無人機采用的是非量測輕型相機，基高比小、像幅過小、相機畸變差大等問題，目前無人機航測技術大都是生產制作DOM，對于大比例尺地形圖的生產尚處于研究試驗階段，其局限性主要是因為其高程精度無法滿足大比例尺地形圖的要求（平面精度能夠滿足大比例尺地形圖的精度要求），導致這一技術無法真正應用于實際工程中。

為了使無人機航攝影像數據準確地反映地形地貌的真實情況，并提高無人機及航攝影像數據使用的廣泛性，本文研究利用無人機搭載雙頻GPS接收機，設計最佳的航攝方案和像控點布點方案，在最大限度減少控制點的基礎上，提高高程精度，滿足大比例尺地形圖對高程的要求，減少外業工作量，以達到在一定區域范圍內快速更新大比例尺地形圖的目的。

圖2　試驗區域范圍

1∶500地形圖的要求進行設計，并增加了兩條構架航線。所獲得的試驗區域影像如圖3中黃點所示，共包括19條航線，其中兩條為構架航線，878幅影像。

圖3　POS和控制資料分布圖

有關具體飛行參數如下:

①17條南北方向航線相對航高:280 m

②2條東西方向構架航線相對航高:315 m③航向重疊度:70%

④旁向重疊度:50%

⑤地面采樣間隔:5 cm

4 控制資料

為了便于分析不同像控點布點方案對結果精度的影響，試驗中按照每間隔 500 m采集一個控制點，所有控制點的平面和高程值均采用全野外RTK采集。在地物特征不明顯的區域，用白色油漆噴射控制標志，如圖4所示。試驗區域內共采集了90個平高控制點，控制點分布如圖3紅色三角形所示。

圖4　控制點標志

5 精度統計分析

空中三角測量采用以下兩種方式:在構架航線輔助下，只根據地面控制點進行平差；在構架航線輔助下，通過差分GPS，布設少量地面控制點進行平差。

在圖3中的90個控制點中，按照均勻布設原則，分別選取4、7、8、9……作為平高控制點，剩余點位作為平高檢查點，進行空三加密并做精度統計，結果如表1所示。從表1和圖5可以看出，控制點的數量在達到9個之后，檢查點的高程精度沒有明顯提高，趨于穩定。在采用9個控制點的布設方法（即四周各3個，中間1個）時，檢查點的平面中誤差為 0.158 7 m，高程中誤 差為0.124 1 m，滿足 《1∶5001∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測量內業規范》（GB/T 7930 -2008）對于平地1∶500地形圖的地物點對最近野外控制點的精度要求，即:平面位置中誤差≤30 cm；高程中誤差≤20 cm。

對于誤差較大的點，經檢查分析，多位于區域網邊緣。因此建議實際飛行時，其飛行區域應適當外擴，以保證測區的內部精度，如表1所示。

控制資料精度統計分析 表1

圖5　不同控制點布設方案的對比

6 結 論

利用固定翼無人機進行低空航空攝影，通過搭載雙頻GPS接收機和鋪設構建航線等方法，通過試驗分析，利用無人機航攝，在少量控制點的情況下，（一般 10 km2的范圍內只需9個平高控制點），該方法完全能滿足大比例尺地形圖更新的精度要求。利用制作的正射影像圖與前期地形圖的對比，快速發現地形圖更新區域，并利用空三成果在立體環境下對變化區域進行地形圖采集，與全野外測圖相比，能達到快速更新地形圖的目的。

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Research on the Method of Rapid Updating Large Scale Topographic Map With the UAV

Chen Chu，Wang Lin
（Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China）

This study intends to use the UAV differential GPS technology，differential GPS aided aerial triangulation，laying frame line and other related technologies，the maximum reduction of external control points on the basis of improving the height accuracy，in order to meet the requirements of large scale topographic map.At last，by analyzing the accuracy of the control points and the inspection points，the feasibility of using the UAV to quickly update the large scale topographic map method is obtained.

differential GPS technology；frame route；large scale topographic map；UAV

1672-8262（2016）02-105-03中圖分類號：P231，P283.5

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