無人機在大比例尺地形圖測繪中的應用

姜慧麗

【摘 要】小型無人機航測技術將測繪工作引向了一個新的方向，它具有生產作業方式快捷、設計成本低、操作靈活簡單、環境適應性強、影像分辨率高等特點，在小范圍信息快速獲取方面有著巨大優勢。本文重點對利用無人機獲取航空影像并進行大比例尺測圖進行探討，希望能夠使大比例尺測圖工作得到有效優化。

【關鍵詞】無人機；航測；大比例尺地形圖

一、無人機航空攝影測量的特點

無人機具有靈活機動的特點，能夠在惡劣天氣下直接獲取航空影像，受氣候和空中管制的影響不大。無人機不受云層遮擋限制可獲取比普通航攝和衛星光學遙感更高分辨率的影像數據。

無人機在輕霧天、陰天也可以獲取合格的影像，可以將大部分繁重的野外工作轉入內業處理，既提高作業的效率和精度，同時能減輕勞動強度，降低作業成本。[1]

二、大比例尺測圖中無人機的應用

2.1工程實況。

以某航測工程為例，測區面積約5km2，測區最高海拔60米，最低海拔42米，地勢起伏小，以村莊和耕地為主要地形。

2.2航飛基本要求

按照航空攝影的一般規定，航飛的航向重疊度為60%，最小不得小于53%；旁向重疊度為30%，最小不得小于15%。[2]

2.3基本流程

2.3.1像片控制測量

2.3.1.1像控點布點方案

本次航攝選擇非全野外布點方案，布設的所有控制點均為平高點，既測定平面坐標也測定高程坐標。本次作業在測區地面布標28個，選取其中10個均勻分布的作為空三加密的控制點，剩余18個點為檢查點。

布設像控點之前要做好準備工作，通過外業踏勘檢查航測區域的測區情況，來決定選點方案。選點時盡量選擇平整水平的地方，不要選在有高度差的位置上；選點時應做好點之記，與內頁人員溝通好，點位不能測中心位置，刺點時選在地物邊角處；選點時盡量選擇地面上的標志來做像控點，例如清晰的斑馬線，人行道等。

2.3.1.2像控點測量

測區采用GPS-RTK的方法進行測量。測量時氣泡居中或者用三角支撐桿固定，認真核對所測像控點方位及對應點號，點之記拍照時應拍攝一張清晰大圖，再拍攝一張周圍環境的全面圖。在測量像控點時注意設置好對應的儀器天線類型和天線高。

2.3.2航測數據的獲取

本次影像數據獲取選擇在風速較低、可見度較高的天氣進行航測作業，所獲取影像的各項技術指標都滿足設計要求，有效照片數為102張。其中局部航片按1：1放大，地面標示為0.4m。

2.3.3影像的預處理

無人機相機是普通的數碼相機，鏡頭容易產生畸變從而導致影像的形狀發生非透視畸變。

無人機航攝姿態不穩定，基于灰度的相關關系數匹配失效只能通過重疊度增大，增加觀測值個數來增加解算的可靠性。由于基高比變小，導致空中三角很不穩定，降低了解算的穩定性。[3]

由于以上種種原因無人機影像獲取后需要進行預處理。首先對相機進行標定。然后根據kappa角的變化劃分航帶，自動去掉航帶之間轉向部分影像，自動生成航帶。最后基于特征匹配，并通過粗差的剔除來過濾錯誤匹配。

2.3.4空三加密及精度檢查

2.3.4.1資料準備

（1）預處理后的影像（2）相機文件（3）控制點文件（4）控制點點位圖（5）航飛示意圖[4]

2.3.4.2加密流程

使用DatMatrix2.0軟件根據規范要求進行加密。DatMatrix利用少量地面控制點來計算測區中所有影像的外方位元素和所有加密點的地面坐標，并自動完成內定向、選取加密點、轉刺加密點、相對定向、模型連接和生成整個測區像點網等，最后集成PATB光束法區域網平差軟件對整個測區數據進行平差計算[5]。具體流程如下[5]

2.3.4.3精度檢查

在數據采集之前對空三模型進行精度檢查是非常有必要的。主要是通過控制點、檢查點、加密點導入到Mapmatrix4.2中與最終的空三模型進行套合，經檢查套合情況良好，航向及旁向模型間接邊平面精度均優于±15cm，高程精度可滿足0.5米等高距。

2.3.5DLG生產

2.3.5.1立體測圖

采用航天遠景Mapmatrix4.2制作立體像對，進行內業的立體采編。為了提高采集過程中相對刷新速率在采集數據之前對立體相對采集核線的立體相對。在采集前，要確定每個模型可采集矢量的最優范圍，最好在控制點以內。[6]

采集時分類輸入采集碼進行采集，采集順序為：交通-水系-居民地-工礦-植被-地貌土質-管線。

2.3.4.2外業調繪

通過內業立體采集形成初步DLG成果后，通過外業調繪，補測被遮擋地物并調繪內業無法判讀屬性的地物以及屋檐更正、電桿連線等。

2.3.6DEM生產

為了提高數據精度通過在前期采集的DLG數據中提取等高線、高程點、水壓線等特征點、線構建TIN網生成DEM數據。

2.3.7DOM生產

使用易拼圖V1.1在加密成果基礎上把影像數據通過鑲嵌、勻色等操作，在接邊滿足精度后選擇鑲嵌線進行鑲嵌處理，最后根據實際要求生成若干幅正射影像圖。

三、結語

無人機航空攝影測量技術在大比例尺地形圖測量方面有著重要的意義，比傳統測量方式有著不可替代的優越性。因此，無人機航空攝影測量技術在大比例尺測圖領域必將得到不斷的推廣應用，進一步為航測作業效率及質量的提高奠定基礎。

【參考文獻】

[1]吳根梅.無人機航空攝影測量技術在城鎮地籍測量中的應用探討.地球，2016.

[2]國家測繪局.低空數字航空攝影規范【M】.測繪出版社，2010.

[3]李毅、李碧.全國測繪科技信息網中南分網第二十五次學術信息交流會.淺談無人機航攝系統現狀與前景.學術會議，2011.

[4]陳德華.城市建設理論研究。基于VirtuoZo處理無人機航測數據探討.2013.

[5]DATMatrix2.0用戶手冊.

[6]Mapmatrix4.2用戶手冊.