無人機航攝系統(tǒng)測繪大比例尺地形圖應(yīng)用分析

楊忠濤

摘 要：無人機是在20世紀(jì)70年代所誕生的，早期主要是應(yīng)用于軍事活動，后來其技術(shù)逐漸應(yīng)用到了科研與民用領(lǐng)域。在測繪領(lǐng)域中引用無人機技術(shù)，并將無人機技術(shù)與航空攝影測量技術(shù)結(jié)合，加上非量測數(shù)碼相機的發(fā)展，成為了測繪領(lǐng)域發(fā)展的一個新方向。無人機航攝技術(shù)在測繪領(lǐng)域應(yīng)用過程中具有簡便、靈活以及經(jīng)濟等特點，因而這種技術(shù)逐漸受到了測繪領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。該次主要針對無人機航攝系統(tǒng)在測繪大比例尺地形圖中的技術(shù)路線進行分析研究，同時針對無人機航攝系統(tǒng)的測繪成果進行評估分析。

關(guān)鍵詞：無人機 航攝系統(tǒng) 測繪

中圖分類號：P231.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0062-02

大比例尺地形圖的傳統(tǒng)測繪過程中，主要是采用靜態(tài)GLASS測量技術(shù)，先布設(shè)首級控制網(wǎng)，接著采用GLASS RTK與全站儀結(jié)合來進行碎部測量。傳統(tǒng)的測繪方法是測繪人員到達各個測繪點，逐點采集數(shù)據(jù)進行測繪，不僅進度緩慢，部分險峻的地形難度也很高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機航測是一種新型的低空遙感監(jiān)測技術(shù)，具有靈活性強、精準(zhǔn)度高、成本低以及操作簡便等優(yōu)點，對于多云、多霧以及人力難以到達的地區(qū)，采用無人機航攝技術(shù)能夠更方便、準(zhǔn)確地完成地形的繪制，因此，這種技術(shù)也逐漸成為了繪制大比例尺地形圖的重要技術(shù)之一[1]。該次主要對無人機航攝系統(tǒng)的測繪特點以及在大比例尺地形圖中的測繪方法進行分析，希望對我國的測繪工作有所幫助。

1 無人機航攝測繪的特點

1.1 像幅與基高比小

在傳統(tǒng)的航空攝影中一般都是采用23 cm×23 cm與18 cm×18 cm兩種規(guī)格的膠片，膠片的大小與像幅有直接聯(lián)系。無人機航攝系統(tǒng)中所使用的是非量測數(shù)碼相機，這種數(shù)碼相機的像幅大小通常僅為36 mm×24 mm，因此，在采用無人機進行航攝工作時，像幅與基高比都會變小。同時因為數(shù)碼相機所拍攝的像幅比較小，要拍攝完整體需要測繪的區(qū)域一般需要拍攝的量比較大，所以，在圖片處理過程中的工作量也會增大很多。

1.2 姿態(tài)不穩(wěn)定

無人機在進行航攝作業(yè)的過程中，容易受到氣流的干擾，姿態(tài)不夠穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的航空攝影中一般是采用大型的飛機，大型飛機在飛行過程中不容易受氣流的影響。在相同的天氣狀況下，傳統(tǒng)航空攝影的姿態(tài)角一般在30 °以內(nèi)，航向的重疊度一般能夠達到60%，并且旁向的重疊度也只是達到30%。在小型無人機進行航拍的過程中，姿態(tài)角一般能夠達到100 °甚至更大，為了保證航攝的質(zhì)量與圖像的精準(zhǔn)度，必須要航向的重疊度增加，一般航向的重疊度要達到70%～85%，而旁向的重疊度也要達到33%～55%[2]。

2 技術(shù)路線

2.1 航空攝影

采用無人機進行航空攝影的過程中，需要硬件設(shè)備、影響處理系統(tǒng)以及信息分析系統(tǒng)，其中硬件設(shè)備主要包括無人機飛行平臺、無人機的飛行控制裝置、地面監(jiān)控系統(tǒng)、遙感任務(wù)設(shè)備、姿態(tài)采集系統(tǒng)以及任務(wù)設(shè)備穩(wěn)定裝置等；影像處理系統(tǒng)主要包括DEM、DOM以及影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等；信息分析系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)的提取分析、數(shù)據(jù)的管理與檢索等。在航拍時根據(jù)項目的相關(guān)要求以及成圖的比例尺來確定地面法分辨率，然后確定無人機的航高進行航攝作業(yè)。

2.2 像片控制

在無人機航攝測繪大比例尺地形圖的過程中，像片的控制是其中的重要步驟，一般像控點在航線上需要進行10～15條基線來布置，而旁向方面則安排2～4條基線進行布設(shè)。通過布設(shè)像控點便能夠控制成圖的范圍，避免出現(xiàn)漏洞。在布設(shè)像控點的過程中盡量安排在航向與旁向中有5～6張的重復(fù)像片內(nèi)，布設(shè)結(jié)束后要繪制出相應(yīng)的布點示意圖進行保存。在像片控制過程中，還需要進行像控點測量。像控點坐標(biāo)的測量一般可以使用全站儀或者RTK等儀器來進行測繪，根據(jù)地形圖的測繪要求來控制像控點的精度。

2.3 圖像預(yù)處理

無人機在航攝過程中所使用的數(shù)碼相機像幅比較小，因此需要良好的圖像預(yù)處理技術(shù)才能夠保證測量的精確度。一般沒有經(jīng)過處理的航攝影像畸變差都比較大，這些圖片很難在后續(xù)測量處理工作中應(yīng)用。在對拍攝的影像進行空三加密前需要進行相應(yīng)的預(yù)處理來調(diào)整影像的畸變差。一般情況下都是無人機平臺上的數(shù)碼相機鑒定報告，采用DP Grid系統(tǒng)來調(diào)整影像的畸變差，DP Grid系統(tǒng)內(nèi)存有小像幅影像畸變差校正模塊，能夠快速調(diào)整無人機所拍攝的小像幅圖片畸變差[3]。

2.4 DEM與DOM制作

DEM的制作主要是根據(jù)預(yù)處理后的圖片對無人機航攝的原始影像進行重樣采集先生成核線影像，接著DP Grid系統(tǒng)會對三維離散點自動匹配而生成航攝區(qū)內(nèi)的DSM，將DSM自動濾波之后就能夠生成DEM，剛生成的DEM會受到實際地形物以及人工操作的影響，實際的地形中包含了水體、樹木以及其他的陰影部分，因此還需要對DEM進一步人工編輯來提升DEM的精準(zhǔn)度。

DOM會在DP Grid系統(tǒng)中自動生成，一般DP Grid系統(tǒng)會將得到的DEM數(shù)據(jù)進行處理，接著進行影像勻光與勻色處理、色調(diào)均衡處理、DOM鑲嵌處理以及DOM的糾正處理，最后系統(tǒng)會自動生成初步DOM。系統(tǒng)自動生成的DOM還需要經(jīng)過人工的進一步編輯，比如DOM中的顏色需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整，相關(guān)的線條也要經(jīng)過相應(yīng)的幾何處理，最后根據(jù)人工編輯處理后的DEM來糾正DOM，從而完成整個航攝區(qū)域的地形圖繪制。

3 實例分析

3.1 項目概況

該次測繪主要針對山西某煤礦區(qū)域完成1∶2 000的地形圖更新測量，并且需要完成生產(chǎn)礦區(qū)內(nèi)1∶5 000的正射影像圖以及DEM，礦區(qū)的面積為20.981 4 km2，測繪的面積需要往外擴大200 m，因此測繪的總面積為25.668 km2，項目按照國家統(tǒng)一的測繪標(biāo)準(zhǔn)完成。

3.2 影像成果

通過對該地形采用無人機航攝系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)路線測繪后，將最終處理后的影像交由專業(yè)的技術(shù)人員進行評估。通過評估后的結(jié)果為，無人機航攝系統(tǒng)所處理后的正射影像非常的清晰，且層次鮮明、反差適中，影像的色彩鮮艷且均勻，與實際地形中的地物色差層次基本一致，滿足了地形圖測繪中影像的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 地形圖成果質(zhì)量

在該次的無人機航攝過程中，主要是采用高程二次定向來完成航攝，這樣可以控制高程誤差、提升航測的精度。通過相應(yīng)的技術(shù)人員對繪制的地形圖評估發(fā)現(xiàn)，地形圖中的高程點位與數(shù)量都符合標(biāo)準(zhǔn)，且表達也很準(zhǔn)確，地形圖精度統(tǒng)計如表1所示，繪制地形圖的平面與高程精度全都符合1∶2 000的地形圖要求。

4 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在測繪領(lǐng)域中可以應(yīng)用到越來越多的先進技術(shù)，比如衛(wèi)星遙感技術(shù)、航空攝影技術(shù)、計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及各種影像處理技術(shù)等，這些先進的科學(xué)技術(shù)不斷在為測繪行業(yè)注入活力。通過該次的研究可以了解到，無人機航攝系統(tǒng)在大比例尺地形圖的繪制中有很大優(yōu)勢，所得到的測繪成果也能夠滿足地形圖測繪的相關(guān)要求。但無人機航攝系統(tǒng)在測繪過程中也有一定的缺陷，比如：測繪區(qū)域內(nèi)的地下管道、光纜等隱蔽設(shè)施，無人機在航攝時無法提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。因此建議在大比例尺地形圖的繪制中，可以通過無人機測繪與傳統(tǒng)測繪相結(jié)合的方式來進一步提升地形圖的準(zhǔn)確性。

參考文獻

[1] 焦旭.航空攝影測量在礦區(qū)1∶2 000地形圖測繪中的應(yīng)用研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015（3）：105-109.

[2] 賴國琛.低空無人機數(shù)字航空攝影在大比例尺數(shù)字化地形圖中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2015（12）：71-72.

[3] 葉子偉.基于無人航攝制作小城鎮(zhèn)大比例尺DOM[J].地理空間信息，2015（5）：32-34.