無人機 遙感在大面積1∶500地形圖測繪中的應用

楊康州

（中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710000）

1 引言

利用無人機遙感技術進行大比例尺測繪常規(guī)有兩種方法：其一，DOM 成圖法。即首先制作DOM，然后以DOM 為底圖進行二維數字化描圖，最后開展外業(yè)補測調繪編輯成圖[1]。其二，立體像對采集要素成圖法。即首先進行空三加密，定向建模建立立體像對，然后在內業(yè)立體環(huán)境下采集要素，最后再進行外業(yè)補測調繪編輯成圖[2]。常規(guī)方法在大比例尺要素采集母線圖的過程中，定位精度不高，地物要素采集不全，外業(yè)補測工作量比較大。因此，本文提出一種基于無人機傾斜建模二三維聯動技術的大比例尺地形圖測繪方法，提高測制精度，減少外業(yè)補測工作量，提高工作效率[3]。

2 無人機傾斜建模二三維聯動技術的流程和原理

2.1 測繪原理分析

在設計大面積1 ∶500 地形圖測繪方法之前，需結合無人機遙感技術構建傾斜模型，并利用二三維聯動技術設計整體的圖像測繪流程[4]。首先，針對測定的范圍與需求，布設像控點，利用多視角攝影技術，設定無人機的分辨范圍，并綜合拍攝需求，計算出地面透視分辨率，具體如公式（1）所示。

公式（1）中：U表示地面透視分辨率，δ表示像控距離，Q1表示預設透視范圍，Q2表示實際透視范圍。利用得出的地面分辨率，劃定測定區(qū)域，依據1∶500的測繪比例，采用無人機傾斜攝影三維測圖的方式，隨著像控點的布設描述地形，設定具體的分辨原理，具體如圖1 所示。

圖1 多視角攝影透視原理

根據圖1 完成對多視角攝影透視原理的設計與調整，在此基礎上，結合無人機遙感技術設計1∶500 地形的動態(tài)化傾斜建模原理[5]。設定傾斜航拍攝影旁向覆蓋度，一般需控制在92%以上，且1∶500 的測繪比例也要求航攝重疊度在70%以上。利用二三維聯動技術，搭配EPS 軟件，設計地形圖測繪的傾斜建模，并構建模型的執(zhí)行原理，具體如圖2 所示。

圖2 傾斜建模結構

根據圖（2）完成對傾斜建模結構的設計。同時，在標定范圍內，進行建模匹配，利用無人機遙感技術，根據像控點布設情況，進行測繪的多范圍匹配，并計算出傾斜重疊度，如公式（2）所示。

2.2 測繪流程設計

根據上述測繪原理，結合無人機遙感技術，采用傾斜建模的二三維聯動技術繪制地形圖[6]。首先利用專業(yè)設備獲取基礎的測繪數值及信息，依據測定范圍，進行像控點的基礎布設與劃定，在不同的視場角和傾角范圍內，調整飛行高度。當無人機起飛時，掃描對應區(qū)域，完成試飛、調試后，將航攝時間控制在10 時至15 時內，確保光照度合理，對區(qū)域1 進行地形圖測繪[7]。利用二三維聯動技術進行地形圖的模糊繪制，具體如圖3 所示。

圖3 二三維聯動技術地形圖模糊繪制

公式（4）中：F表示定點誤差，φ表示測繪限差，τ表示聯動距離，m表示定位坐標差，n表示節(jié)點數。通過上述計算，最終得出實際的定點誤差，利用EPS軟件，進一步細化地形圖的細節(jié)位置，完善模糊區(qū)域，采用遙感技術進行側向邊緣化標記，形成完整的測繪結構，隨著需求的變化，結合測繪模型，不斷調整相關數值，完成測繪流程的設計，具體流程如圖4 所示。

圖4 地形圖測繪流程

3 與常規(guī)技術實驗對比分析

本次主要是對無人機遙感下大面積1∶500 地形圖測繪方法的實際應用結果進行分析與研究。考慮到最終測試結果的穩(wěn)定性與可靠性，需要采用對比的形式展開分析，同時設定傳統(tǒng)多元數據融合測繪小組、傳統(tǒng)全站儀大比例測繪小組以及本文設計的無人機遙感測繪小組。這三種測試方法均需要在相同的測試環(huán)境下進行，最終對得出的測試結果進行對比分析。

3.1 本流程與常規(guī)技術的精度對比

首先，針對本次測試的需求及標準，簡要搭建相應的測試環(huán)境，選擇A 地作為測試的主要目標對象，依據1∶500 的測繪比例進行核定測算。采用CW-10C型號的無人機測定，并搭配對應的遙感技術，無人機內部結合四旋翼布局，所搭載的設備通常可以獲取0.03m ～0.25m 之內的分辨率影像，一定程度上為1∶500 地形圖測繪奠定基礎。目標對象如圖5 所示。接下來，設定無人機測試的技術參數，具體如表1 所示。

圖5 目標對象

表1 無人機技術參數設定

根據表1，可以完成對測試結果的分析與研究。完成無人機的調整之后，結合A 地的地貌和地勢環(huán)境，進行測繪航線的規(guī)劃，并在標定的位置布設監(jiān)測節(jié)點，完成測試環(huán)境的搭建。基于本文方法對目標對象進行地形圖繪制，具體如圖6 所示。

圖6 目標對象地形圖繪制

為了驗證本文方法的有效性，采用傳統(tǒng)多元數據融合測繪小組、傳統(tǒng)全站儀大比例測繪小組和本文提出的無人機遙感測繪小組，對1∶500 地形圖測繪精度進行對比分析，對比結果如圖7 所示。

圖7 1∶500地形圖測繪精度對比結果

由圖7可知，無人機遙感測繪小組進行1∶500地形圖測繪的精度最高可達100%，傳統(tǒng)多元數據融合測繪小組進行1∶500地形圖測繪的精度最高達70%，傳統(tǒng)全站儀大比例測繪小組進行1∶500地形圖測繪的精度最高達88%。本文提出的無人機遙感測繪小組開展1 ∶500地形圖測繪的精度最高，測繪效果最好。

3.2 本流程與常規(guī)技術的效率對比

完成精度測算后，結合測試流程，需要進行效率的對比測驗。注意將A 地布設的15 個檢查節(jié)點開啟，將所獲取的數據依據特殊格式逐一傳輸至控制系統(tǒng)，利用無人機遙感技術下達對應的測繪指令，結合1∶500的測繪比例，將A 地劃分為4 個測繪描述區(qū)域，測定無人機對地形圖策劃的時間，先利用EPS 軟件對15 個檢查節(jié)點進行搭接，再利用二三維聯動技術進行測繪建模，最終得出測繪結果并對比分析，具體如表2 所示。

表2 測試效率對比分析

由表2 可知，經過三種測試方法的對比，本文設計的無人機遙感測繪小組最終得出的測繪時間均在1.5s 以下，與常規(guī)技術相比，測繪效率相對較高，具有實際的應用價值。

4 結束語

本文對基于無人機遙感的大面積1∶500 地形圖測繪方法的實際測驗結果進行了分析研究，與傳統(tǒng)測繪模式對比后發(fā)現，無人機遙感技術的應用一定程度上可進一步擴大測繪范圍，同時在1∶2000 區(qū)域能確保測繪的精準度和可靠性，進而提升整體工作效率。另外，二三維聯動技術與傾斜建模相結合，能夠對地形作出精準描述，為后續(xù)的測繪、核定提供理論參考。