低空大比例尺地形圖航測生產關鍵技術

吳亨

摘 要：本文研究提高大比例尺航測精度的方法。本文包括四部分，第一部分進行概述，第二部分論述相關技術，第三部分進行案例分析，第四部分進行總結。

關鍵詞：低空 大比例尺航測 可量測型航測相機 高程精度 生產技術

針對傳統航空攝影生產技術在制作的時候遇到的影響大比例尺測圖準確度的問題，這篇文章探討低空航測生產大比例尺地形圖的關鍵技術。

1、概論

隨著科技的進步，使用航測法成圖被相關工作人員所了解，使用這個方法作圖有著非常高的準確度。航測法中小比例尺成圖很早就出現了，隨著測量儀器的進步，測圖技術獲得了很大的發展。航測法技術方案的選擇是相當關鍵的，原則是使其工作量最小，還能夠準確成圖。1：500、1：1000、1：2000是大比例尺，使用這個技術進行大比例尺測圖已經有很多年的歷史。以前的航測技術沒有徹底處理大比例尺測圖的所有問題。我國的規范對平坦地方測圖以及丘陵地區一比五百航測成圖準確度闕如，這表明這個技術無法達到此準確度的要求。這個技術在大比例尺測圖方面還有很多問題，這篇文章使用低空航測方法，研究處理上面難題的重要技術。

2、相關技術

由相關原理可以知道，像場角對航測準確度的作用是相當大的。在空中三角測量的時候，不論使用哪種方程求解外方位元素值，都無法改變像場角對準確度的作用。在使用固定翼型無人飛機進行低空航測的時候，應該使用可量測型航測相機。

2.1低空航攝

眾所周知，得到非常清楚的圖像是高準確度航測的條件。按照光度學的相關理論，低空航測能夠得到距離平方倍的好處。然而，這種航攝應該選擇沒有危險性的飛行器。這種航攝的領域比較散，分布非常廣，地貌復雜，這篇文章中使用NavGT航線軟件，可以在制定領域內不僅達到航攝規范航向百分之六十、旁向百分之三十重疊，還達到安全飛行的高度。在氣候和地理狀況很好的條件下，需要執行構架航線飛行計劃，其航攝成果可以有效提高測區周邊準確度。

2.2提高三角測量準確度

以前的攝影測量一直有很大的問題，低空飛行器為處理這種攝影測量中的問題提供了非常好的機會，這篇文章使用我院（溫州市勘察測繪研究院）大鵬CW-20垂直起降固定翼無人搭載專業的可量測型航測相機：飛思iXU-RS1000（有效像素：1億像素，最高分辨率：11608×8708，畫幅：53.4×40mm），在五百米到一千米的空中進行攝影，得到了大比例尺航測需要的寬角、基高比等。經過改良，得到了全網平高控制點中的錯誤小于十厘米，模型連接點中的錯誤小于十五厘米的高準確度空三成果。

在這個測量中，飛行之前安排作業方式減少了產品的生產時間，提高了像控點的準確度，提前安排能夠防止幾何變形的標志，把它安排在通視條件非常好的地方。大量經驗證明：在測區內等距離安排，測區周圍加控制點組，加上構架航線，使用相關模型可以生產滿足全能化一比五百的空三成果。

安排科學的標志點能夠提高準確度。因為成像光譜會相互作用，有顏色的圖像有著白吃黑的狀況。在選擇控制點的時候不要只選擇有顏色差別的地方。

同一個地面控制資料使用不一樣的軟件解算出來的圖像外方位元素是不一樣的，原因是：從平面圖向立體圖的轉變的過程是病態的過程，另外受到很多誤差以及誤匹配點的作用，空中三角測量網是一個柔性網。

2.3航測產品生產技術的準確化

使用專業的可量測型航測相機，在一千米以下空中攝影制作一個1：：2000的地形圖需要使用四個立體模型，四個立體模型關涉到六個寬角影像和二十四個子影像。和以前的膠片攝影比較，需要耗費較大的電腦資源，但這個技術具備快速、效率高、采集數據量大的特點，可以為新的時代提供相當多的地理信息產品。

3、案例分析

3.1低空大比例尺航測飛行體系

使用航測體系，實現了對某省內三十多個縣市一千平方千米大比例尺地圖的航測的生產任務。使用的飛行器是當前沒有危險性的低空航測飛行器、專業的可量測型航測相機。這篇文章使用的相機綜合標定模式可以保證航攝圖像的準確度。

3.2城區航測生產

作者參與的溫州市西部山區高分辨率影像動態更新（2016）項目中，實施包括對測區進行無人機航攝、像片勻光、像控測量、空中三角測量、DEM制作、DOM制作等作業環節，總計為419平方公里。

該項目數碼航攝采用我院大鵬CW-20固定翼無人飛機具有可按預定飛行航線自主飛行、拍攝，垂直起降的特點。機身長度2.8米，展翼寬度3.2米，搭載高性能的尼康D800單反相機，可持續飛行約3小時，采集地面分辨率優于10cm的影像數據。該機型可按預定航線自主飛行、拍攝，航線控制精度高，飛行姿態平穩，巡航速度快，抗風性能好，負責區域影像采集任務。搭載的可量測型航測相機為飛思iXU-RS1000（有效像素：1億像素，最高分辨率：11608×8708，畫幅：53.4×40mm）

該項目布點的方案是：在測區內根據架次覆蓋范圍，采用區域網布控方式對像控點進行布設，目標選在控制區域地形高程變化較小的地方，目標影像清晰、易于判別、選在交角良好的細小線狀地物的交點、明顯地物拐角點或影像上小于3像素×3像素的點狀地物中心，像控點測量精度優于±5cm。使用無人機攝影測量數據自動處理系統為GodWork，采用GodWork軟件的GodWork-AT模塊進行空中三角測量。平差方法采用區域網光束法平差。統計空三精度平面精度最大為0.184m，高程精度最大為0.129m。

4、結語

無人機航攝系統軟硬件技術難點不斷突破，已經達到實用化階段，越來越成為現代數據采集的主要手段。將無人機航空攝影測量技術應用于大比例尺地形圖測繪，具有機動性強、作業效率高、適應范圍廣等特點，可快速獲取3D數字測繪成果，將是未來新型基礎測繪體系服務的發展趨勢。

通過無人機航空攝影測量技術完成大比例尺地形圖測繪，完全可滿足《城市測量規范》規定的精度要求，能夠有效提升大比例尺地形圖測繪的生產效率，豐富地形圖測繪成果。但也存在一定局限性，主要表現在地形圖無法同時滿足規劃、國土和房產復合型需求時的精度要求；采用無人機航空攝影測量技術測制的地形圖仍難于滿足對一、二類地物點的精度要求；無人機門檻高、維護費用大、培養穩定的無人機航攝隊伍耗時長。

參考文獻

[1]吳博義，蘇國中.低空大比例尺地形圖航測生產關鍵技術[J/OL].測繪科學，2016（08）.

[2]劉明軍，林宗堅，蘇國中.無人飛艇低空航測系統在1：500大比例尺地形圖航測中的應用[J].遙感信息，2013，（04）：69-74.