基于无人机航摄系统的航测大比例尺测图方法研究

王勇 戴晓琴

（郑州测绘学校，河南郑州 450015）

基于无人机航摄系统的航测大比例尺测图方法研究

王勇 戴晓琴

（郑州测绘学校，河南郑州 450015）

随着无人机技术的迅猛发展，基于无人机的航空摄影已被广泛使用，为城市规划、应急测绘等提供了解决方案。利用无人机影像进行航测1∶1 000、1∶2 000大比例尺地形图的方法已经比较成熟，但航测1∶500大比例尺地形图的案例并不多。基于此，研究基于无人机航摄系统的航测1∶500大比例尺地形图的方法，取得了较好的效果。

无人机；航测；测图；精度

近年来，无人机以其外形轻巧、起降成本低、获取影像快速及时等优点，在很多行业中得到了广泛应用。尤其是在利用无人机快速获取地面影像、进行大比例尺航测测图方面，很多专业人士进行了尝试并获取了符合精度要求的地理空间数据［1，2］，但在进行1∶500航测成图方面，具体应用实例并不多。本文以河南省新密市某测区1∶500航测成图为例，验证基于无人机的航测大比例尺测图方法是否能够达到1∶500地形图的成图精度要求。

1 基于无人机的航测大比例尺成图方法

首先利用无人机航空摄影系统对项目区域进行航空摄影，获取本地区合格的无人机影像后进行外业像片控制点测量，内业通过空三加密，建立数字立体模型进行地物的立体采集。同时，利用ALS60机载激光扫描系统获取的点云数据（已有资料）经手工精细分类生成等高线，提取高程点。利用点云数据来辅助生成等高线、提取高程点是本文的一个创新点，通过此方法来提高大比例尺测图的高程精度，解决了以前常规方法中高程精度不达标的问题。然后叠加地物数据，生成外业调绘底图，经实地调绘、修补测及检测，内业再利用编辑软件平台，以立体采集的数据为基础，参照外业调绘成果对数据进行编辑，加注各类注记要素，进行图面整饰等，最后形成符合规范要求的数字化地形图。

2 基于某测区的无人机航测大比例尺测图实践

2.1 航空摄影

本文对新密市某测区利用无人机航测大比例尺测图方法进行1∶500数字化测图实践研究。采用DM-150无人机，摄影传感器采用索尼A7R全画幅CMOS相机，无人机飞控导航系统采用DMCK-3型（UP30）进行航摄作业，焦距35mm，航向重叠一般应为60%～80%，最小不得小于53%。旁向重叠一般应为15%～60%，最小不得小于8%。航向覆盖超出摄区边界线应不少于2条基线。旁向覆盖超出摄区边界一般不少于像幅的50%，最少不少于像幅的30%。

2.2 控制点测量

以河南省全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统（HeNCORS）网络RTK技术测定像控点，局部信号不稳定地区采用已知C、D级GPS点架设基站，利用单基准站RTK技术进行像控点的测量。

2.3 空三加密

本文采用INPHO系统的MATCH-AT模块对测区进行光束法区域网平差，获取高精度的定向点及外方位元素，为建立测区模型及内业数据采集提供准确的数学基础。空中三角测量加密控制点的平面、高程中误差，以及区域网平差计算结束后基本定向点残差、多余控制点不符值、公共点较差等有关精度指标，应满足规范规定。

2.4 等高线、高程点提取

利用软件Microstation V8的TerraSolid模块，在机载LiDAR预处理数据（自动分类的成果）基础上，参照粗略正射影像数据进行手动分类滤波，以获取的高精度地面点云数据提取高程点，生成等高线。对地形复杂、植被茂密地区，当点云数据不能正确表示地貌形态的，需要外业实测、补测高程信息及等高线，但要注意与点云数据生成的等高线接边。

2.5 数字立体模型建立、采集

利用航天远景MapMatrix软件进行立体测图。原则上采用空三导入的方法建立数字立体模型。经试验验证，在导入外方位元素时，注意编辑外方位元素的KAP⁃PA角，让KAPPA角加π。空三导入后必须对各种定向进行检查，发现问题应及时找出原因，否则不能进入下道工序作业。

立体数据采集的基本要求：①在立体模型下，对利用LiDAR地面点云数据提取的等高线、高程点等地貌要素进行检查，发现不合理的地方进行改正；②在保证测图精度的前提下，注意图面美观；③与已有地形图数据接边，对密州大道以东已有地形图范围进行更新测绘，其余的与已有地形图数据接边时，若接边的图幅为非满幅且要素变化较大，应对本幅已有地形图数据进行更新测绘，否则只对其接边；④立体测图原则上由内业定位、外业定性；⑤当地物轮廓部分遮盖时，应准确地测出可见部分，若地物影像立体不明显或对地物位置没有把握时，要标注记号或在图廓线外图幅空白处予以说明，留待外业补测处理，并要充分利用像片影像信息，尽量为下一道工序提供准确、可靠、完整的数据，标注记号要尽量做到准确无误，为外业用图提供最大的方便；⑥每一个像对的测绘面积原则上不得超过基本控制点边线外1cm，图幅及像对必须在测图仪上完成接边；⑦数据采集以图幅为单位进行，每幅图存放一个文件；⑧采集后的数据要进行100%的自查或互查以及100%的检查验收，成果合格后将图幅符号数据回放到图纸上（注明测图员、检查员），检查回放图纸确认无误后方可提供给外业调绘；⑨提交测图母线数据供编辑使用，成果提交时要注意最终成果的唯一性、文件命名的统一性和文件格式的一致性。

2.6 外业调绘和补测

外业调绘在回放图纸上进行，外业调绘的工作主要是定性补调，对图面上的地物以及地物间的关系给予正确的解释，外业调绘内容统一用宽度小于0.2mm的线条清楚地标绘在回放图上，供内业编辑时使用。对内业测漏和新增地物、地貌，应补调、补测，补测时间截至实际调绘日期。通常新增地物均应采用全解析法进行实地测量；个别零星的新增地物可采用不少于3个已知地物点交会一个未知地物点的距离交会法和平行或垂直截距法实地补测。补测时必须保证成图精度，并与周边地物、地貌的关系协调合理。新增地物的补测截止日期以调绘时间为准。

2.7 数据编辑

利用清华山维EPS 2012采编一体化软件平台，以立体采集的数据为基础，参照外业调绘成果进行1∶500比例尺数字地形图数据的编辑，加注各类注记要素，进行图面整饰等，保证成果在数据表达方式与数据结构上符合数字新密技术设计要求，最后形成符合规范要求的数字化地形图。

3 综合分析

通过对新密市某测区1∶500大比例尺测图的成果按照国标规范进行了精度分析，完全符合GB/T17278-2009《数字地形图产品基本要求》、GB/T17941-2008《数字测绘成果质量要求》等规定的要求，可以按照本文的方法进行基于无人机遥感平台的航测大比例尺测图生产。本文提出的基于点云数据提取高程点、生成等高线的方法，是提高1∶500数字化测图高程精度的关键所在，弥补了常规方法中高程精度不足的问题。

综上所述，无人机数字航摄系统具有轻便、快捷、灵活机动等特点，而且具有抗一定风级的能力。基于以上优点，无人机航测为地理空间数据的快速实时获取与更新奠定了基础，特别适用于小范围大比例尺的遥感应急救灾快速响应。同时，无人机航摄系统也有明显的局限性，对载荷的体积质量、抗震性能有较高要求。另外，无人机数字航摄系统搭载的是普通数码相机，导致立体像对有效测图面积较小，一幅图上可能需要涉及几十个像对，且航测的高程精度不高，需要借助其他方法弥补高程精度不足。

［1］杨瑞奇，孙健，张勇，等.基于无人机数字航摄系统的快速测绘［J］.遥感信息，2010（3）：108-111.

［2］何敬，李永树，徐京华，等.无人机影像制作大比例尺地形图试验分析［J］.测绘通报，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，硕士，讲师，研究方向：摄影测量与遥感图像处理。