基于無人機航攝系統的航測大比例尺測圖方法研究

王勇 戴曉琴

（鄭州測繪學校，河南鄭州 450015）

基于無人機航攝系統的航測大比例尺測圖方法研究

王勇 戴曉琴

（鄭州測繪學校，河南鄭州 450015）

隨著無人機技術的迅猛發展，基于無人機的航空攝影已被廣泛使用，為城市規劃、應急測繪等提供了解決方案。利用無人機影像進行航測1∶1 000、1∶2 000大比例尺地形圖的方法已經比較成熟，但航測1∶500大比例尺地形圖的案例并不多。基于此，研究基于無人機航攝系統的航測1∶500大比例尺地形圖的方法，取得了較好的效果。

無人機；航測；測圖；精度

近年來，無人機以其外形輕巧、起降成本低、獲取影像快速及時等優點，在很多行業中得到了廣泛應用。尤其是在利用無人機快速獲取地面影像、進行大比例尺航測測圖方面，很多專業人士進行了嘗試并獲取了符合精度要求的地理空間數據［1，2］，但在進行1∶500航測成圖方面，具體應用實例并不多。本文以河南省新密市某測區1∶500航測成圖為例，驗證基于無人機的航測大比例尺測圖方法是否能夠達到1∶500地形圖的成圖精度要求。

1 基于無人機的航測大比例尺成圖方法

首先利用無人機航空攝影系統對項目區域進行航空攝影，獲取本地區合格的無人機影像后進行外業像片控制點測量，內業通過空三加密，建立數字立體模型進行地物的立體采集。同時，利用ALS60機載激光掃描系統獲取的點云數據（已有資料）經手工精細分類生成等高線，提取高程點。利用點云數據來輔助生成等高線、提取高程點是本文的一個創新點，通過此方法來提高大比例尺測圖的高程精度，解決了以前常規方法中高程精度不達標的問題。然后疊加地物數據，生成外業調繪底圖，經實地調繪、修補測及檢測，內業再利用編輯軟件平臺，以立體采集的數據為基礎，參照外業調繪成果對數據進行編輯，加注各類注記要素，進行圖面整飾等，最后形成符合規范要求的數字化地形圖。

2 基于某測區的無人機航測大比例尺測圖實踐

2.1 航空攝影

本文對新密市某測區利用無人機航測大比例尺測圖方法進行1∶500數字化測圖實踐研究。采用DM-150無人機，攝影傳感器采用索尼A7R全畫幅CMOS相機，無人機飛控導航系統采用DMCK-3型（UP30）進行航攝作業，焦距35mm，航向重疊一般應為60%～80%，最小不得小于53%。旁向重疊一般應為15%～60%，最小不得小于8%。航向覆蓋超出攝區邊界線應不少于2條基線。旁向覆蓋超出攝區邊界一般不少于像幅的50%，最少不少于像幅的30%。

2.2 控制點測量

以河南省全球導航衛星連續運行參考站綜合服務系統（HeNCORS）網絡RTK技術測定像控點，局部信號不穩定地區采用已知C、D級GPS點架設基站，利用單基準站RTK技術進行像控點的測量。

2.3 空三加密

本文采用INPHO系統的MATCH-AT模塊對測區進行光束法區域網平差，獲取高精度的定向點及外方位元素，為建立測區模型及內業數據采集提供準確的數學基礎。空中三角測量加密控制點的平面、高程中誤差，以及區域網平差計算結束后基本定向點殘差、多余控制點不符值、公共點較差等有關精度指標，應滿足規范規定。

2.4 等高線、高程點提取

利用軟件Microstation V8的TerraSolid模塊，在機載LiDAR預處理數據（自動分類的成果）基礎上，參照粗略正射影像數據進行手動分類濾波，以獲取的高精度地面點云數據提取高程點，生成等高線。對地形復雜、植被茂密地區，當點云數據不能正確表示地貌形態的，需要外業實測、補測高程信息及等高線，但要注意與點云數據生成的等高線接邊。

2.5 數字立體模型建立、采集

利用航天遠景MapMatrix軟件進行立體測圖。原則上采用空三導入的方法建立數字立體模型。經試驗驗證，在導入外方位元素時，注意編輯外方位元素的KAP?PA角，讓KAPPA角加π。空三導入后必須對各種定向進行檢查，發現問題應及時找出原因，否則不能進入下道工序作業。

立體數據采集的基本要求：①在立體模型下，對利用LiDAR地面點云數據提取的等高線、高程點等地貌要素進行檢查，發現不合理的地方進行改正；②在保證測圖精度的前提下，注意圖面美觀；③與已有地形圖數據接邊，對密州大道以東已有地形圖范圍進行更新測繪，其余的與已有地形圖數據接邊時，若接邊的圖幅為非滿幅且要素變化較大，應對本幅已有地形圖數據進行更新測繪，否則只對其接邊；④立體測圖原則上由內業定位、外業定性；⑤當地物輪廓部分遮蓋時，應準確地測出可見部分，若地物影像立體不明顯或對地物位置沒有把握時，要標注記號或在圖廓線外圖幅空白處予以說明，留待外業補測處理，并要充分利用像片影像信息，盡量為下一道工序提供準確、可靠、完整的數據，標注記號要盡量做到準確無誤，為外業用圖提供最大的方便；⑥每一個像對的測繪面積原則上不得超過基本控制點邊線外1cm，圖幅及像對必須在測圖儀上完成接邊；⑦數據采集以圖幅為單位進行，每幅圖存放一個文件；⑧采集后的數據要進行100%的自查或互查以及100%的檢查驗收，成果合格后將圖幅符號數據回放到圖紙上（注明測圖員、檢查員），檢查回放圖紙確認無誤后方可提供給外業調繪；⑨提交測圖母線數據供編輯使用，成果提交時要注意最終成果的唯一性、文件命名的統一性和文件格式的一致性。

2.6 外業調繪和補測

外業調繪在回放圖紙上進行，外業調繪的工作主要是定性補調，對圖面上的地物以及地物間的關系給予正確的解釋，外業調繪內容統一用寬度小于0.2mm的線條清楚地標繪在回放圖上，供內業編輯時使用。對內業測漏和新增地物、地貌，應補調、補測，補測時間截至實際調繪日期。通常新增地物均應采用全解析法進行實地測量；個別零星的新增地物可采用不少于3個已知地物點交會一個未知地物點的距離交會法和平行或垂直截距法實地補測。補測時必須保證成圖精度，并與周邊地物、地貌的關系協調合理。新增地物的補測截止日期以調繪時間為準。

2.7 數據編輯

利用清華山維EPS 2012采編一體化軟件平臺，以立體采集的數據為基礎，參照外業調繪成果進行1∶500比例尺數字地形圖數據的編輯，加注各類注記要素，進行圖面整飾等，保證成果在數據表達方式與數據結構上符合數字新密技術設計要求，最后形成符合規范要求的數字化地形圖。

3 綜合分析

通過對新密市某測區1∶500大比例尺測圖的成果按照國標規范進行了精度分析，完全符合GB/T17278-2009《數字地形圖產品基本要求》、GB/T17941-2008《數字測繪成果質量要求》等規定的要求，可以按照本文的方法進行基于無人機遙感平臺的航測大比例尺測圖生產。本文提出的基于點云數據提取高程點、生成等高線的方法，是提高1∶500數字化測圖高程精度的關鍵所在，彌補了常規方法中高程精度不足的問題。

綜上所述，無人機數字航攝系統具有輕便、快捷、靈活機動等特點，而且具有抗一定風級的能力。基于以上優點，無人機航測為地理空間數據的快速實時獲取與更新奠定了基礎，特別適用于小范圍大比例尺的遙感應急救災快速響應。同時，無人機航攝系統也有明顯的局限性，對載荷的體積質量、抗震性能有較高要求。另外，無人機數字航攝系統搭載的是普通數碼相機，導致立體像對有效測圖面積較小，一幅圖上可能需要涉及幾十個像對，且航測的高程精度不高，需要借助其他方法彌補高程精度不足。

［1］楊瑞奇，孫健，張勇，等.基于無人機數字航攝系統的快速測繪［J］.遙感信息，2010（3）：108-111.

［2］何敬，李永樹，徐京華，等.無人機影像制作大比例尺地形圖試驗分析［J］.測繪通報，2009（8）：29-32.

Research on the Aerial Large Scale Mapping Method Based on the UAV Aerial System

Wang Yong Dai Xiaoqin
（Surveying and Mapping School of Zhengzhou，Zhengzhou Henan 450015）

With the rapid development of technology,aerial photography based on unmanned aerial vehicle(UAV) has been widely used,which provides a solution for urban planning,emergency mapping and so on.The method of the aerial 1∶1 000,1∶2 000 large-scale topographic map using UAV has been relatively mature,but the case of the aerial 1∶500 large-scale topographic map is not much.Based on this,the aerial 1∶500 large-scale topographic map based on UAV was studied,and achieved good results.

unmanned aerial vehicles；aerial；mapping；precision

P231

：A

：1003-5168（2017）01-0025-02

2016-12-11

王勇（1979-），男，碩士，講師，研究方向：攝影測量與遙感圖像處理。