基于无人机低空航摄的大比例尺地形图测绘研究

文/王永忠、王兰英 菏泽市测绘研究院 山东菏泽 274000

孙涛 菏泽市测绘院 山东菏泽 274000

在传统大比例测绘中，通常采用数字化全要素测绘方法，依托大量人工进行多源数据采集，即多使用静态GNSS技术进行控制网布设，然后使用网络RTK技术与全站仪联合测绘，完善碎部数据测量。相对于无人机低空航摄来说，传统的测量方式需逐点去获取数据，工程测量的效率较低，在大范围工程地形测量中往往受到一定制约，无人机航摄测绘的大比例尺地形图的应用，恰能解决此类问题。

1、低空航摄系统的构成

无人机低空航摄系统（UAV），即由无人机硬件设备模块、飞行控制模块与低空航摄遥感模块等构成，涉及数据实时通讯、GPS差分、多源影像数据获取等现代数据采集系统。相对于传统测绘而言，无人机航摄数据采集效率更高，由于无人机航摄方式多为低空飞行，对气象因素要求较低、空域限制较少，数据采集的实时性好，同时由于具备视觉角度广阔、测量精度高且成本价格低廉等优点，在公路市政、城市建设等大比例尺地形图测绘领域有着较为广泛的应用。

2、无人机航摄成图的基本流程

无人机航摄系统在大比例尺地形图制作的基本流程，可分为技术设计、外业测绘、空三加密、内外业调绘和资料整理五个过程。上述流程中，技术设计则包含方案、依据、进度和具体实施等过程，外业测绘主要包含像控制量和低空的航摄测量两大部分，在完成业内的空三加密工作后，便进行业内的测量和外业的调绘工作，最后对地形图进行成果质量检验与相关技术文件的编绘整理。由于无人机航摄在高程控制上，相对于平面精度控制较为困难，其高程测绘应满足以下精度（表1）。

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3、基于无人机低空航摄系统的大比例尺地形图测绘应用

现有某区域拟开展规划设计，缺少1:1000大比例尺地形图，辖区面积约30平方千米，包括居民地、道路和农用地等多种地类。该工程的项目时间相对较紧，传统全站仪或GNSS测绘难以满足工期要求，故拟采用无人机低空航摄的方法开展地形图测绘。

外业控制测量方面，包含低空航摄线路规划和外业控制点的布点两方面。在航线规划上，基本是按东西方向敷设一些航线，并且将旁向重叠度设置为55%，航向重叠度设置为65%，选择晴朗无风的天气进行拍摄。控制点布点方面，每个区域要横跨四个布设基点，尽量选择在旁向的重叠线附近。整个区域的布设原则基本为边缘密布，测区的内部均匀布置控制点，确保整个项目的平差和测绘精度。在像控点采集上，采用网络RTK差分定位技术，求解布尔沙七参数转换参数后进行像控点平面与高程数据测量，实际采集中独立观测两次，平面的位置较差和高程误差若不符合误差标准规范时，应进行重新测量。

航摄系统的内业数据处理分析。在空三测量方面，无人机航摄系统在获取航摄像片后，首先剔除不满足航摄规范的明显偏差影像，然后采用PhotoScan或Pix4D软件，输入RTK方式采集的像控点(X,Y,H)坐标，进行航摄数据定向与平差处理。在相对的定向时，要对连接点进行均匀分布，相对定向时，像素连接点要多于30个。在内业的数据处理方面，导入空三加密成果，按照内外方位元素与影像纠正，结合影像镶嵌与色彩平衡，得到测区DOM正射影像。

大比例尺线划地形图制作与成果质量分析。基于正射影像DOM数据，按照地形图式的要求，按照要素图层分类，进行地物和地貌的采集以及地形图的编辑，最终完成1:1000地形图制作工作，然后采取抽样实测检核的方式对数据进行精度检查和成果质量评价，检查点要均匀的分布在整个测区之中，多选择墙角、线杆和房屋角以及道路的交叉口等地物点，采用网络RTK方式对所测区域进行精确坐标采集，然后求解与无人机航摄DOM采集的坐标差值，经实测对比分析，平面坐标约7cm、高程精度9cm，满足1:1000地形图航摄标准。

结语：

综上所述，无人机低空航测成图技术，拥有适用区域大、影像实时传输、高危地区探测、成本较低、速度快效率高、应用机动灵活等优点，被广泛应用于地理国情普查、灾害应急测绘等工程中，也为区域大比例尺地形数据更新提供了新的方式。由于是新技术，应用中也存在一些短板，如飞行器的续航能力问题、姿态稳定性问题、航摄相机性能问题、后期影像数据处理精度问题，这些都依赖各项设备性能不断进步、应用技术的不断探索来逐步解决，故加强无人机低空航摄大比例尺地形图测绘的研究，具有重要的现实性意义。