無人機航攝技術測繪地形圖的精度探究

肖 磊，孫 愷，畢思勇

（山東省國土測繪院，山東 濟南 250013）

隨著我國科學技術的高速發展，無人機航攝技術得到了迅速提高，將其應用于地形測繪中具有十分重要的意義。無人機航攝技術在應用過程中具有便捷性、靈活性、操作條件要求低等優點，可以在我國測量難度高的地區實現作業，對于發生自然災害的區域可以及時的測繪其地形地質情況。在測繪地形圖中，可以得到測繪區域的地形、地貌、水文情況等重要的地形及地理信息，在建筑施工、城市規劃、交通管理中發揮著重要的作用。

1 無人機航攝技術測繪地形圖的技術流程

1.1 前期準備階段

在無人機航攝技術測繪地形圖之前需要進行準備工作，首先需要搜集所測區域的環境及地形地質情況，對周圍環境進行勘察，根據這些資料選擇適宜的飛機機型，再對無人機的飛行航線進行設計。在對測繪區域進行勘測時需要與專業知識豐富的專家同時進行，派遣經驗豐富且技術純熟的無人機航攝人員進行實際勘察，并確定航攝測繪區域的基準面情況，分析無人機航攝過程中的復雜程度和困難程度，對航攝區域的坐標范圍進行核查，以此，保證無人機在作業過程中的順利進行，最后，需要根據數據結果確定無人機的起飛及降落區域。同時在前期準備階段還需要對無人機的硬件設備進行檢查，具體來說主要有監控設備、不同傳感器、遙感設備。還需要對硬件設備所含有的數據采集、分析、管理以及檢索的功能進行檢查，保證任務不因為客觀原因出現問題，并在不斷的檢查過程中對設備的可靠性進行有針對性的提升。

1.2 外業實施階段

無人機航攝技術測繪地形圖中需要進行外業實施，其中主要包括制定無人機的航攝飛行方案及對像控點布置方案。除此之外，還需要對無人機的飛行穩定性和飛行質量進行檢測，同時測量像控點及外業的調繪內容。

目前，利用GPS測量像控點的方式主要分為三種，分別為GPS-RTK測量、靜態測量、快速靜態測量，外業調繪中的DLG生產占據十分重要的地位。在選擇GPS測量像控點時需要使控點與無人機攝像片的影像位置相同，像控點位的刺點目標需要有利于內業轉刺。在大多數的條件下，像控點通常選擇在具有明顯標志的地角位置處。除此之外，無人機相片的控制點需要設置在重疊中線的附近，如果重疊中線過大時，與方位線之間的距離應當大于3厘米，在一般情況下，控制點與方位線的之間的距離不應當小于4.5厘米。如果旁向的重疊線較小時，需要分別布設控制點，在控制范圍內，垂向距離需要控制在1厘米的范圍內。

1.3 內業實施階段

內業實施階段是對測繪結果的數據處理階段，包括對空三的加密工作，以此減少畸變差帶來的影響，同時還需要對相同控制點進行匹配，對DEM進行編輯及制作、DOM及DLG的制作。

在無人機航攝技術在測繪地形圖的操作過程中，首先需要利用GPS數據建立航帶內和各個航帶之間的聯系，利用POS數據及航帶內與各個航帶之間的關系獲取連接點，最后，利用大量的平差點減少粗差點。

2 三維模型的測區建立及地形圖的測繪

在無人機航攝測繪地形圖的過程中，需要將測像數據導入到相關的數據處理軟件中，從而通過自動建模技術對測繪區域建立三維模型。在無人機航攝的過程中需要利用立體測量技術，對測繪區域的地形地貌點、線、面的數據信息進行搜集，并通過內業實施軟件將數據信息轉變成為地形圖，根據像控點坐標對測繪地形圖的精度及誤差進行分析，這樣可以有效的節約外業實施階段的時間，提高無人機航攝測繪效率，這是一種可以快速形成測繪地形圖的重要技術手段。

2.1 三維模型測區的建立

三維模型測區的建立可以分為四個步驟，分別為攝像導入、編輯控制點、空中三角測量計算、構建三維模型。

首先，需要將無人機攝像的正射影像與斜射影響分別導入到內業實施的軟件中，通過軟件對攝像的參數等進行檢查和自動調整，去除其中不符合標準的數據和操作，并自動添加所需的參數等。但是軟件的實際的應用過程中可能存在不能準確識別無人機的攝像信息，因此，這時需要工作人員將相機的參數信息手動輸入，這樣有利于軟件在后續的攝像過程中進行自動調整和校準。

其次，需要編輯控制點。需要建立三維坐標系，再根據控制點的具體信息將其錄入到坐標系中，并保存這些數據信息，最后將控制點的位置信息準確的對應到影像中。

在經過影響導入、編輯控制點后，需要提交空中三角測量計算結果，從而設置位置參考，分析其平差等級。工作人員可以根據平差等級來判斷計算量及計算難度，如果平差等級較大，計算量就越大，這樣的話會嚴重影響數據處理的效率。在完成三角測量數據提交后，計算機可以進行自動分析與處理。

最后一步，需要構建三維模型。第一步需要確定科學合理的建模區域及范圍，建模的過程非常復雜，需要對數據及信息進行大量的運算，這樣會給計算機帶來更大的計算壓力，提高建模難度，可能會出現建模失敗的現象。因此，為了防止這一問題的出現，需要根據計算機的性能將瓦片進行分區，并設置相關的紋理貼圖等參數。

2.2 地形圖的采集

無人機航攝技術測繪地形圖的生成需要利用EPS模塊的三維空間測繪功能，需要根據實際的測繪結果，遵守地形圖繪制標準及規范，對測繪區域的地形地貌進行描繪，以便得到測量區域的線劃圖。在實際的采集過程中，首先需要利用EPS模塊將數據的格式轉變為DSM高程模型，其次需要根據三維模型的尺寸信息對數據進行采集與運算，再將模型進行多角度選擇以此觀察不同角度下校準情況，并給予改正。最后需要在三維模型中繪制出測繪區域內房屋的界址線，可以采用“五點房”繪制工具，這種繪制方法具有效率高的特點，與傳播的圖形圖測繪有所不同，利用三維模式繪制地形圖的方法可以有效的節約測繪成本和測繪時間，減少外業測繪工作量。

3 測繪地形圖的精度探究

3.1 三維模型的精度分析

通過在測繪區域內設置10個像控點及12個檢測點，以此建立三維模型進行空三精度的檢驗。在三維模型的測繪軟件中，需要采用定向點進行標記，記錄各個定向點的坐標信息，根據坐標信息計算三維模型中X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的殘差，將定向點的殘差制作成殘差圖（如圖1）。檢查點的殘差值也可以利用這種方法計算。

圖1 三維模型的精度分析

例如針對1:500的地形圖精度規范中要求，定向點的平面誤差需要小于0.02m，高程誤差需要小于0.01m，在平地平面定向點的誤差應當小于0.13m，高程誤差的最大誤差應為0.11m。檢查點在平面中的誤差應當小于0.03m，高程誤差為0.12m，平底平面中檢查點最大誤差為0.17m，高程誤差的誤差極限為0.15m。

3.2 地形圖測繪精度分析

在地形圖的制作過程中，需要將無人機航攝的實景作為三維模型的底圖，在繪制的過程中需要根據地形圖的繪制標準進行，在測繪區域內對定型圖中的不同特征地物進行數字線劃圖，其中需要包括點、線、面的地物，在采集地物的時候需要設計道路拐點、井蓋、公路、路堤、橋梁等特征地物在三維模型中的坐標信息，同時計算不同工作人員在繪制地形圖中的誤差。

通過對誤差進行分析，技術人員可以發現幾何圖形不規則的地物誤差較大，例如路燈、電線桿等，這類地物的正射影像為圓形，四周并不規則，因此這就使得在對其進行分析時很難準確的掌握其幾何中心。具體來說以1:500的地形圖為例，應該使其平面精度的最大限差應為0.5m，這樣才可以滿足地形圖使用的精度需求。

4 結論

綜上所述，可以發現若想要保持地形圖的精度首先就應該對數據進行合理的采集后進行編輯，并對其質量進行有效的檢驗，保證可靠性。在傳統的測繪工作中由于技術水平的落后導致不同項目進行可能面臨很大程度的困難，而現如今運用無人機技術進行航拍可以對原先所面臨的問題進行更加有針對性的解決。通過無人機技術測繪獲得的地形圖可以很好的繪制出數字線劃圖以及更加具有多元性的三維立體模型，還可以對其進行更加充分的利用，與城市規劃、工程建設以及災后的重建工作的進行息息相關。