基于无人机航测生产数字线划图研究

贾路 贾英

（1.河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450008；2.河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450064）

基于无人机航测生产数字线划图研究

贾路1贾英2

（1.河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450008；2.河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450064）

本文首先介绍无人机航测的一般流程及内业数据处理的几个关键点，根据实际作业情况，提出运用正射影像直接提取地理信息数据与立体测绘相结合生产数字线划图的方法。

无人机；航测；数字线划图；立体测绘

传统航空摄影测量系统以大、中型飞机为飞行载体，需利用专业的飞机起降场地和高昂的航摄仪，主要用于国家级以及大范围基础测绘方面。对天气要求高，成本也相对高昂，且周期长、机动性差，因而在生产实践及一般工程应用中，传统航空摄影测量显得有些“笨拙”，很难快速、低成本地实现对高分辨率影像数据的获取。小型低空无人机航摄技术的发展正好弥补了传统航摄技术的不足，随着技术不断发展，无人机航空摄影测量系统不管是在飞机的飞行稳定性、相机的影像获取，还是在数据的后处理等方面，都有了飞速提升，高时效性、高分辨率和低成本作为无人机航测的三大优势在各个领域中也越来越突显［1，2］。

1 无人机航测的一般操作流程

资料收集：收集航飞区域内的图件与影像资料，地形地貌、气候条件及控制点或参数等信息。

技术设计：为了避免无人机撞山或因能源不足造成事故，应根据测区内海拔高差信息设计无人机的飞行高度，根据测区范围情况合理地布设像控点及飞行架次。

设备器材选取：选择满足航飞要求的设备器材，检查设备器材的完整性及性能指标是否正常。

实地踏勘：了解测区内地形、地貌、交通状况、城镇分布情况及人口密集情况等信息；选择合适的起飞地点及应急降落区域；结合技术设计实地布设像控点。

飞行检查与操控：①飞行前检查，地面站设备是否正常、飞行任务是否正确、飞行平台系统是否显示正常、飞机组装是否稳固正常等；②飞行中监控，起飞是否正常、飞行过程中各飞行参数是否正常、降落地点是否正常等；③飞行后检查，飞行平台系统是否正常工作、机载设备是否正常、存储设备中POS信息及相片信息是否完整，是否符合生产要求。

内业数据处理及成果整理：根据外业航飞获取的影像资料进行数据处理，可采用专业的航测软件进行空三加密处理后初步生成数字正摄影象（DOM）、数字地面模型（DTM）、数字高程模型（DEM）等信息。

2 无人机航测数据处理

2.1 空三加密

利用野外采集的具有一定旁向重叠度及航向重叠度的相片，根据其几何特性及控制点的坐标来进行空三加密。根据实际的航带选择合适的区域网平差模型和平差方法，通过计算得到加密点的平面信息和高程信息。

2.2 生成点云数据

采用合适的密集匹配算法，对空三之后的无人机影像数据进行密集匹配，并对匹配之后的影像进行镶嵌和匀光处理，最终生成密集点云数据。

2.3 生成DEM

利用空三成果，建立立体模型及其对应的参数文件，在此基础上生成核线影像。依据密集点数据并通过引入特征点、特征线和特征面等数据生成三角网，进行高程内插处理，按照区域生成大范围区域的DEM。

2.4 生成DOM

利用生成的DEM模型，通过反解算法数据微分纠正，采用双线性内插或三次卷积内插法分区对测区内的影像进行重采样，通过自动生成的镶嵌线对整个测区的模型正摄影像进行无缝拼接。航摄过程中出现的相片色差，会导致生成的正摄影像色彩不一致、亮度不均匀，需要选取几个有代表性的图幅，对影像图进行匀色，分析效果，调整出一幅符合整个测区颜色信息的标准样图。根据标准样图，对测区正摄影像进行全自动色彩调整和平衡处理，确保最终DOM的整体色彩均匀一致、色调正常、影像纹理清晰。

3 生产数字线划图

无人机航测生产数字线划图的生成，主要是基于航测后处理软件生成的DOM、DTM等数据信息来采集地物、地貌、高程等地理信息数据，目前运用航测手段采集地理信息数据的方法主要有两种：一是通过正摄影像直接采集，二是通过立体测绘的形式采集。

3.1 直接采集

通过正摄影像直接采集的方式主要是利用了数字正摄影像TIF文件本身带有正确的坐标信息和与实际相符的正确的比例因子，具体思路是将TIF影像文件导入CASS制作底图，通过对影像底图的判别，再运用常规的做图习惯来采集数据。由于CASS普及广泛，所以此种方法对作业人员来说简单易学、上手快，采集数据速率高；缺点是对个别地物、地貌的判别不准确，容易产生错误地理信息，如陡坎、管线设施、井等地理信息数据。

3.2 立体测绘

立体测绘就是对物体表面进行全面测绘，能直观地观察到地物、地貌的实际情况，犹如身临其境，本文以Ste⁃reoCAD为例来加以说明。

StereoCAD是APS摄影测量软件的三大扩展模块之一，是一款为智能现代化无人机立体视觉图像的应用而设计的软件，具有活跃的立体感知能力，同时还有高级CAD命令，可以同CAD数据相互转换。数据采集前可在StereoCAD中定义添加几个图层用于存储不同的地理数据信息，再定义几个快捷键命令来用于对信息的快速提取，最后即可配戴上立体眼镜对地理信息数据进行采集。

针对正摄影像直接数据采集的方法与立体测绘数据采集的方法出现的问题，可以将两者结合以弥补各自的不足。正摄影像直接数据采集的方法可以用于对房屋、道路、地类界等易于判别的地理数据信息的采集；对于不易判别的地理数据，如管线设施、陡坎、个别坑塘的高程信息等，可以用立体测绘的方法来采集。只需将线要素或点要素采集出来，再通过与CASS数据的互交换，在CASS中将其符号化，从而完成数字线划图。

4 实例测试

4.1 外业采集

本测区南北长约5km，东西长约3km，地势平坦、交通便利，外业采用腻子粉撒十字线或喷漆喷涂相结合的方法制作像控点地标，运用网络RTK采集像控点坐标，根据测区大小布设像控点42个。

相片数据的获取采用飞马F1000无人机，测控半径10km，续航时间约1h，相机采用索尼α5100数码相机，有效相素2430万。根据测区状况，采用无人机管家布设航线，航高350m，地面分辨率6.8cm，整个测区共飞行3个架次。

4.2 数据处理

内业航片数据采用Pix4D软件进行空三处理，生成正射影像、DOM及点云数据等，采用分幅后的正射影像图作为底图，对地理空间数据的平面信息进行直接采集，如道路、房屋、地类界等信息。陡坎、线杆等信息在正射影像上辨别不准的情况下，可采用立体测绘的方法进行数据采集。主要采用APS软件的StereoCAD模块生成立体测绘数据，佩戴立体眼镜对在正射影像上无法辨别的地物、地貌进行信息采集。

5 结语

经过测试，采用正射影像直接采集与立体测绘相结合的方法，不仅满足了生产的需要，还大大提高了生产效率，减少了生产成本。但在实际的生产运用中也会有一些不足，如由于地表有遮挡或杂草过多等情况会出现高程信息不准确的问题，管线设施的类型判断不准确，建筑物过高生成的DOM有变形、扭曲，不利于精确提取地理数据信息等，还需要现场补测、调绘来暂时解决这些问题。随着航空摄影测量后处理软件、航测相机、机载雷达等无人机航测系统软、硬件不断发展，数据采集技术及设备不断完善，无人机航测系统将会为测绘行业乃至其他行业提供更加精确、清晰的数据信息。

［1］毕凯，李英成，丁晓波，等.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势［J］.测绘通报，2015（3）：27-31.

［2］胡小峰，王建华.无人机摄影测量技术在数字化地形测量的应用［J］.城市建设理论研究，2015（8）：25-33.

Discussion on Aerial Digital Production Line Drawing Based on UAV

Jia Lu1Jia Ying2
（1.Henan Water Engineering Surveying Limited Company，Zhengzhou Henan 450008；2.Henan Technical College of Construction，Zhengzhou Henan 450064）

This paper introduced the general process of aerial surveying based on the unmanned aerialvehicle(UAV) and a few key points of data processing in office.According to the actual operation situation,proposed a method that produced DLG by extracting geographic information data by DOM and the stereo mapping.

unmanned aerial vehicle；aerial surveying；DLG；stereomapping

P231

A

1003-5168（2017）08-0014-02

2017-07-03

贾路（1987-），男，硕士，助理工程师，研究方向：摄影测量与遥感。