無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在城市調(diào)查中的應(yīng)用

齊永波

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東 河源 517000）

城市調(diào)查是城市中長期規(guī)劃和發(fā)展的基礎(chǔ)，也是摸清城市土地資源利用現(xiàn)狀的主要途徑，因此如何快速獲取城市調(diào)查成果是城市調(diào)查著重解決的問題［1］。本文以無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在廣東省河源市和平縣城市調(diào)查中的應(yīng)用為例，分析該技術(shù)的應(yīng)用效果和精度質(zhì)量，為同類調(diào)查測量提供參考。

1 儀器設(shè)備及應(yīng)用流程

本次城市調(diào)查采用無人機(jī)1臺，型號為南方ZR?M66；無人機(jī)數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)據(jù)處理軟件1套，型號為Smart3D（ContextCapture Center）、IDATA 3D V1.0；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件1套，型號為Cass10.1。本次城市調(diào)查應(yīng)用流程見圖1。

圖1 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在城市調(diào)查中的應(yīng)用流程圖

2 無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在城市調(diào)查中的應(yīng)用

2.1 像控點(diǎn)布設(shè)及測量

（1）布設(shè)原則。像控點(diǎn)測量是提高城市調(diào)查精度的基礎(chǔ)，其像控點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：①像控點(diǎn)應(yīng)選擇目標(biāo)清晰的、無爭議的地物；②為盡可能地降低或者消除影像投影差對影像數(shù)據(jù)匹配質(zhì)量的影響，像片所選像控點(diǎn)的位置距像片邊緣1～1.5 cm；③像控點(diǎn)應(yīng)選擇在視野開闊的區(qū)域，即應(yīng)避免遮擋［2］；④像控點(diǎn)的選擇一般選擇在田角、房角等區(qū)域，且與周邊地物應(yīng)形成較明顯的灰度反差；⑤像控點(diǎn)應(yīng)選擇在交通便利、容易保存的區(qū)域，能夠提高像控點(diǎn)的再利用程度。此外，布設(shè)的像控點(diǎn)盡量在測區(qū)保持分布均勻，一般采用九宮格布點(diǎn)法，航線兩端及中間均隔一或兩條航線布設(shè)平高點(diǎn)，既能保證成圖精度，又能減少外業(yè)工作量。

（2）像控點(diǎn)選擇。首先向各鎮(zhèn)區(qū)自然資源所確定好鎮(zhèn)區(qū)的航拍范圍，使用Google影像圖大概確定范圍內(nèi)均勻分布的若干像控點(diǎn)位置，再根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定像控點(diǎn)標(biāo)志?？紤]到航飛區(qū)域相對航高較低，像控標(biāo)志布設(shè)為L型，均選取內(nèi)角點(diǎn)作像控點(diǎn)測量。所有像控點(diǎn)測量時(shí)都至少從2個(gè)角度拍照并保存。在有地物的地方直接選擇在影像清晰的明顯地物上，宜選在交角良好的細(xì)小線狀地物交點(diǎn)、明顯地物折角頂點(diǎn)、原始影像中大于0.2 mm的點(diǎn)狀地物中心，同時(shí)應(yīng)是高程變化較小的地方，易于準(zhǔn)確定位和測量。

（3）像控點(diǎn)測量。本次測量使用2000國家大地坐標(biāo)系，使用廣東省CORS卡連接CORS網(wǎng)絡(luò)，RTK采集使用控制點(diǎn)采集方式，分別采集2個(gè)測回，測回間RTK重新初始化，每測回采集5個(gè)歷元，歷元間隔2 s。測量時(shí)PDOD值≤4，HRMS≤0.03 m，VRMS≤0.05 m，取成果報(bào)告結(jié)果值為最終成果。

2.2 飛行參數(shù)確定及航拍質(zhì)量

無人機(jī)遙控器，飛行前首先導(dǎo)入測區(qū)覆蓋范圍的KML航拍范圍文件，或現(xiàn)場遙控器內(nèi)自行標(biāo)注范圍。使用Google Earth Pro軟件確定該航拍范圍內(nèi)高程落差，確定起飛點(diǎn)位置后，再根據(jù)最高處的高程來確定航高，航高一定要比測量區(qū)域最高點(diǎn)高出60 m以上，依據(jù)地形而定。飛行正射時(shí)選擇關(guān)閉畸變校正，規(guī)劃航線，選擇航向重疊率為80%和旁向重疊率為78%。航空攝影測量選擇6—9月上午10時(shí)至下午3時(shí)之間，該時(shí)段內(nèi)的天氣相對較好，如風(fēng)速較小等。飛行測量完畢后獲得的最終像片紋理清晰，色調(diào)柔和，部分地區(qū)略有陰影，總體上資料質(zhì)量可靠，能夠滿足內(nèi)業(yè)作業(yè)要求。航測鏡頭（正射）影像效果如圖2所示。

圖2 航測鏡頭（正射）影像圖

2.3 空中三角測量及數(shù)字正射影像制作

空中三角測量利用Smart3D（ContextCapture Center）影像處理軟件進(jìn)行，是消除航空影像數(shù)據(jù)中因遮擋等而存在“留白”問題的主要方法之一，通過POS數(shù)據(jù)結(jié)算實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)解算過程中首先構(gòu)建自由網(wǎng)，再對其進(jìn)行同名點(diǎn)的匹配，獲得相對定位的空中三角測量的同名點(diǎn)點(diǎn)云，再根據(jù)航空影像拍攝過程中自動存儲的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行絕對定位平差，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)空中三角加密解算。因此，空中三角測量的主要步驟包括：①數(shù)據(jù)預(yù)處理：對攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、鑒別，包括飛行范圍、記錄數(shù)據(jù)、飛行質(zhì)量、剔除多余片；②建立工程文件，添加該項(xiàng)目所有架次的航攝圖片；③導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)；④選擇輸出坐標(biāo)系（CGCS2000）；⑤選擇3D Maps選項(xiàng)模板（生成DSM和正射影像圖）；⑥首先進(jìn)行初始化處理，快速檢測，查看快速處理得到的成果圖（將分幅影像圖拼接成一張影像圖），檢查快速處理質(zhì)量報(bào)告，再次進(jìn)行初始化處理中的全面高精度處理，建立影像金字塔，進(jìn)行像片中同名特征點(diǎn)匹配［3］；⑦導(dǎo)入控制點(diǎn)，絕對定向；⑧選擇重新匹配并優(yōu)化，輸出空三質(zhì)量報(bào)告，檢查報(bào)告中區(qū)域網(wǎng)空三誤差、自檢校相機(jī)誤差和控制點(diǎn)精度等。待空中三角加密測量完成后，選擇軟件處理選項(xiàng)中點(diǎn)云和紋理、DSM、正射影像和指數(shù)處理選項(xiàng)，其他參數(shù)選項(xiàng)可選擇默認(rèn)處理，即可輸出該區(qū)域內(nèi)正射影像圖。

2.4 精度對比

為分析無人機(jī)航空攝影測量在城市調(diào)查測繪中的精度，本文在測繪區(qū)域內(nèi)隨機(jī)抽取10個(gè)控制點(diǎn)及周邊的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將其平均值作為該點(diǎn)的坐標(biāo)；同時(shí)，采用全站儀對上述10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)測量，進(jìn)而對比二者之間的精度誤差，如表1。由表1可知：使用無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)與全站儀測量獲得的結(jié)果基本一致，其中平面位置中誤差為±0.15 m，中誤差最大值為±0.24 m，最小值為±0.04 m；垂向上（高程）的中誤差為±0.098 m，中誤差最大值為±0.308 m，最小值為±0.005 m。本次測量精度完全滿足城市調(diào)查的精度要求。

表1 無人機(jī)航空攝影測量與全站儀測量精度對比

3 結(jié)束語

無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)在城市調(diào)查中具有效率高、成本低、精度高等優(yōu)勢，同時(shí)能夠減少大部分因人為操作失誤等而造成的問題，成果質(zhì)量均滿足國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，能夠適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的基本需求。該技術(shù)廣泛地應(yīng)用于城市調(diào)查中，將有效提高土地資源規(guī)劃以及權(quán)屬確定等工作的效率和質(zhì)量。