固定翼無人機航測在高原區域1:1000大比例尺地形測繪中的應用

高海榮 陳胤璇

（中國人民解放軍32017部隊，西藏 拉薩 850000）

0 引言

當今社會，信息技術發展迅速，無人機測繪技術在測繪導航領域發展很快，固定翼無人機具備操作簡單，其低空遙感平臺靈活，成本低等優勢，在測繪領域更是得到了空前發展，逐步成為基礎測繪大比例尺測圖的重要手段。在高原高寒區域進行大比例尺測繪，運用傳統人工測量模式（GNSS、全站儀、RTK 等）存在周期長、工作量大、資金投入高等弊端，而且測量精度不高，已無法滿足當今高質量高效率的要求［1］。所以無人機低空遙感測量可快速獲取指定區域范圍內的高分辨率遙感影像，同時搭配較高技術的影像后處理，測繪精度可滿足大比例尺地形測繪精度要求，降低生產成本和周期，同時為在高原進行無人機進行大比例尺測繪積累技術經驗［2］。

本文以西藏自治區拉薩市林周縣城1:1000 大比例尺地形測繪工程項目為例，系統介紹了利用固定翼無人機對縣城區域進行測繪的全過程，作業按照國標相關規范要求執行，制作1:1000 大比例尺地形圖，并對成果精度進行評價。

1 測區概況

林周縣城位于西藏自治區拉薩市東北32公里處；地處高山盆地平坦處，四周高山，空氣稀薄，陣流風較大，縣城區域平均海拔3760 米，整個測繪區域面積近6平方公里，整體地形起伏不大，如圖l所示。

圖1 林周縣城影像測區范圍

2 飛行平臺與影像獲取

2.1 無人機平臺

本次測量作業采用中海達iFly V10型垂直起降固定翼無人機。它是一款高性能傾轉垂直起降固定翼平臺航測無人機，起飛降落全自動操作，配備高精度差分模塊，支持PPK/RTK 融合解算，該機續航能力達1 小時，可在100 米～1000 米高度進行調節作業，平臺參數如表1所示。

表1 iFly V10平臺主要參數

2.2 載荷模塊

該平臺搭載了Q50 傾斜載荷模塊，集成了一個正攝相機和四個傾斜相機，所采集數據影像可用于生產高精度實景三維地圖和傳統地圖，其參數如表2所示。

表2 Q50載荷規格參數

2.3 航線設計與影像采集

按照規范要求，航飛路線設計航向圖像重疊度為80%，旁向圖像重疊度為65%，可以根據航飛當時情況對于其重疊度進行設計調整。林周縣城地處高原，空氣稀薄，風機升降負荷大，山谷陣風較大，綜合無人機各項指標，設計重疊度調整為航向圖像重疊度為75%，旁向圖像重疊度為50%，以減少作業架次。飛行航線設置利用iFly 智能航測助手設置完成，航線如圖2所示。

圖2 林周縣城飛行航線規劃

3 像控點布設與采集

傳統航空攝影控制測量選點，一般選擇在航飛影像生成后，按照影像信息，在指定地點選擇控制點，且控制點數量和位置有明確規定和要求，每張照片都應該布設控制點，且旁向相鄰平面控制點的航線寬度不能大于2 條基帶。按照傳統方法進行影像控制點布設和測量，控制點數量多，而且點位選擇范圍較小，作業難度大。現階段，基于無人機技術的計算軟件的算法和精度的提高,像控測量點大大減少,在影像覆蓋區域的邊緣和影像內部,少量的高精度像控點就可以滿足要求［3］。

為滿足1:1000 大比例尺測圖要求，采用指定區域預先布設標識點的方法進行像控點布設與采集，布控點位采取噴漆和像控布兩種方式，在能夠利用噴漆涂繪進行標識的地方利用紅油漆標識點制作［3-4］，在其他區域可以布設已經制作好的標識布來進行，其形狀如圖3所示。

圖3 標識影像

在航測前，根據林周縣城測量區域面積和航攝線路規劃及測量要求，像控點按照根據作業區域均勻布設，林周縣共布設24 個，采用RTK 技術測量控制點坐標，坐標系統為CGCS2000，平面精度±1cm＋1ppm，高程精度±3cm＋1ppm［5-6］。

4 影像處理與DLG生產

圖像處理是作為整個任務比較關鍵的環節,處理包括空中三角形加密，全景圖像拼接處理，點云數據生成，三維模型建模和DEM/DOM 數據生成等。本次作業采用的是中海達隨機計算軟件iFly V10助手。

4.1 影像預處理

外業飛行影像獲取結束后，下載影像數據后，對原始相片進行預處理，主要完成個別相片附變差改正，對影像進行部分的勻光和勻色，對部分相片進行旋轉操作，確保影像達到要求。

4.2 空中三角測量

航空攝影測量其數據處理的核心就是對相片進行空中三角測量，根據影像空間位置數據信息自動建立航帶內和航帶間的拓撲關系網，然后提取連接點，通過海量數據的平差點坐標和平差計算對一些跳點進行剔除，然后將控制點作為空中三角測量計算的基準，進行加密和計算，獲取外方位元素精確數據信息和加密點坐標，完成空中三角測量。此次作業測量范圍不大，對所有數據進行一次處理，數據處理后獲得自由網精度小于1 個像元大小(0.004 88 mm)。對數據進行自由平差和控制平差，輸出平差報告。N、E、H三個方向的測量平均誤差均小子0.2m，精度結果符合規范要求，且精度較高，點位精度見表3。

表3 點位精度表

4.3 DEM編輯與DOM制作

空中三角測量數據處理完成后，運用軟件自動生產DEM 成果，要通過差值處理、置平、過濾的方法對DEM 成果進行編輯加工，主要是對測區范圍的地物，包括樹木、水域和人工建筑等進行人工編輯，以提高DEM和后續產品的精度。

編輯修改DEM 完成后，可以對影像進行單片糾正和編輯，對部分數據進行色調均衡處理，編輯修改完成，可以自動鑲嵌處理生成DOM 數據，林周縣城此次作業影像分辨率為0.1m，測區三維影響如圖4所示。

圖4 測區三維影像

4.4 地形圖制作

空三處理完成后，即可對影像數據進行立體采集，形成地形圖。立體采集時，按照采集軟件要求，依次采集等級道路、建筑房屋、油氣水管線、河流水系、陡崖陡坎、等級水準點和高程點、等高線等要素信息。按照此次任務的相關要求，我們還對土地類型，界限以及高原傳統信息進行采集。內業采集完成后還需對地形圖進行調查調繪，確定地物屬性，在數據確準基礎上，生成地類地形圖。

4.5 DLG精度評定

精度評定是檢查作業精度和規范要求的重要一項工作，高原區域作業困難度高，我們利用RTK 技術實測一些距離控制點較遠的特征點坐標，用計算坐標點位的中誤差檢查DLG 精度，選擇共采集23 個特征實測點，主要為道路拐角、房屋的房角、、田坎交界、管線定點等明顯特征地物。

經過數據特征分析，測區DLG 的點位精度N 方向中誤差為0.16 m。最大誤差為0.33 m；E 方向中誤差為0.17 m，最大誤差為0.32 m ；平面位置中誤差為0.22m，故大誤差為0.32 m；高程中誤差為0.19m，最大誤差為0.32m，各項指標均滿足規范要求。

5 結語

本文通過林周縣縣城區域1:1000 大比例尺地形測繪任務的實踐，系統闡述固定翼無人機航測應用于大比例尺地形測繪的具體流程。通過作業成果表明，固定翼無人機在高原高寒區域進行大比例尺測圖，能夠滿足大比例尺地形測繪技術要求和相關規范要求，成圖質量高，精度能夠達到要求，生產作業時間短，效率高，減輕人員作業強度，降低生產成本50%，應用前景廣泛。固定翼無人機在高原高寒作業還存在很多問題，高原氣候稀薄飛機動力不足，作業續航電池時間短等都需要在作業中注意和解決。