无人机航测技术在1∶1000带状地形图制作中的应用研究

□ 杨 超 王豪威

（核工业航测遥感中心，河北 石家庄 050002）

0.引言

作业区内水库为所在地区重要水源地，是以防洪为主，兼顾城市用水、灌溉、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。因此需要修建围挡来保护水源地和群众的安全，测绘对围挡修建工作提供数字化地形图用于设计，以保障围挡设置恰当、位置准确。

围挡建设1∶1000带状数字化地形图测绘（以下简称项目）带宽为50m。带状地形图的测量可采用全野外数字测图以及传统航空摄影测量技术，因工作区高差较大，部分地区地貌破碎，局部山地受地形影响，作业人员不易到达，导致地貌表示不够详细，且测绘难度大，效率低，地形图精度不均匀,以及测区内植被覆盖率高，且多荆棘类植物，故全野外模式难度较大；虽然传统航空摄影测量技术成熟，应用广泛，但是对于天气和机场等条件依赖性大，并且成本较高，所以限制了其在带状地形测量中的应用。通过有效的像片控制测量实验验证，无人机航测技术可以有效解决以上作业方法无法解决的问题。

1.无人机系统简介

无人机航摄技术是传统航空摄影测量和全野外数字化成图等技术的有效补充手段，适用于小面积、危险区域的大比例尺数字地形图测绘，就目前而言，无人机航摄技术已在建筑、水利水电、农业、公路铁路、矿山以及城市建设等多个领域广泛应用[1]。

以天巡AS1200无人机航空摄影测量系统为例，该系统属于单相机系统、固定翼单发射型无人机，机长800mm，翼展1230mm，飞机净重900g，有效巡航时间大约0.5h，该无人机相机系统采用经精密检校的Sonyα5100相机，焦距20 mm，像元尺寸0.0039mm。可以通过规划不同航高的航线获取不同地面分辨率的影像，根据项目工作区情况，规划航高300m，航向重叠度80%，旁向重叠度70%，影像地面分辨率5.85cm。不同影像地面分辨率满足不同比例尺数字地形图成图要求（如表1所示）。

表1 数字地形图成图比例尺与影像地面分辨率对应表

然而，如何进行像片控制测量为后期提供符合精度要求的空三加密数据满足内业地形图数据采集成为关键技术。

2.技术应用分析

以项目为例，利用无人机航空摄影测量制作1∶1000带状地形图的流程（如图1所示）。

在准备工作完成后，首先在工作区布设GPS控制点10个，建立了E级GPS首级控制网，点位分布均匀，网型规则，可以有效地限制误差的的累积和传播，为像片控制测量提供准确的起算数据。

在E级GPS首级控制网的基础上进行有效的像片控制测量，像控点的布设密度及分布情况，直接影响内业数据采集精度。

图1 无人机航摄流程图

根据 GB/T7930-2008《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量内业规范》以及GB/T 23236-2009《数字航空摄影空中三角测量规范》的要求，通过对像控点的刺点，进行空中三角测量的自由网构建和优化平差；利用空三加密成果构建立体模型，在全数字摄影测量工作站进行采集和编辑，提供满足规范要求的地形图数据成果。

2.1 像片控制测量

由于无人机获取的影像像幅小，航片间重叠度大，同等条件下无人机影像无论是航线数还是像片总数都远远大于常规航片数，依据航空摄影测量规范像控点选择时应遵循以下原则：（1）选在无遮挡，清晰易辨的地方；（2）布设的像控点宜能公用，一般布设在航向及旁向六片或五片重叠范围内；（3）为保证交会和定向精度，像控点距离方位线（影像边线即相邻像片像主点的连线）的距离不应小于3cm。根据地形图航空摄影测量外业规范，1∶1000地形图布设像控点时应按照6～7条基线布设1个像控点，这样外业工作量会大量增加，在满足航空摄影测量规范的前提下，既要满足地形图的精度又要提高工作效率，合理地进行相片控制测量显得尤为重要。

结合作业区内水库地理概况和1∶1000地形图的成图精度要求，进行测区像片控制点的布设。相控点的布设方式采用预制50cm×50cm木板，喷涂红色油漆，在测区控制网的基础上使用GPS-RTK系统进行实地测量，因作业区无明显特征点，故采用预制的木质标志，方便携带且清晰醒目便于辨别，标志示意图（如图2所示）。

图2 布设的标志示意图

因库区周边以山地为主，中线弯曲不规则，航片的分布也不规则，所以采用稀疏布点的方法进行像控点的布设，稀疏布点是指在野外布设少量的像控点，然后通过内业加密的方法得到其余大部分控制点的布点方案，从而达到作业区的整体布设[2]。以5公里中线为例，布设像控点时间隔10～11条基线布设2个像控点，即500m间距布设2个像控点,中线两侧各布设1个像控点，外业共布设像控点22个，检查点10个。此段中线像控点布设示意图（如图3所示）。

图3 像控点布设示意图

2.2 精度分析

在像控点布设完成后、经空三加密及内业测图，外业采用相同精度的GPS-RTK系统和全站仪在测区进行重要地物点的检查，如房角、明显道路边角、坎拐角等具有代表性的特征点，从而对像控点密度影响地形图精度做了较为详细的对比。以上述5000m的中线为例，检查点个数为10个，分别对比了像控点间距1500m、1000m以及500m对地形图成图精度的影响。像控点间距影响的地形图精度分析表（如表2所示）。

表2 精度分析表

通过表1中的对比分析，布设像控点时每隔500m间距在中线两侧各布设1个像控点可以达到1∶1000地形图成图规范要求。

数字线划图图上地物点平面位置精度对邻近野外控制点的平面位置中误差不应大于表3之要求。

表3 平面位置中误差

高程注记点相对于邻近平面控制点的高程中误差不应大于相应比例尺地形图基本等高距的1/3。困难地区放宽0.5倍。

内业加密点、高程注记点和等高线对附近野外控制点的高程中误差不应大于表4之规定。

表4 高程中误差

作业区共检查平面点44个，平面中误差为0.352m，平面中误差中∶最大误差为0.711m。其中，小于等于1倍中误差的点有25个，占检测点数的56.8%;大于1倍中误差小于2倍中误差的点有17个，占检测点数的38.6%，大于2倍中误差的点有2个，占检测点数的4.6%，其误差分布区间（如表5所示）。

表5 平面误差分布区间表

共检查高程点133个，高程中误差为0.329m，高程中误差中∶最大误差为0.479m。其中，小于等于1倍中误差的点有41个，占检测点数的30.8%;大于1倍中误差小于2倍中误差的点有92个，占检测点数的69.2%，其误差分布区间见表6，表7为部分精度统计表。

表6 高程误差分布区间表

表7 部分精度统计表

从上述像控点布设的对比以及野外检查点的精度分析说明无人机航摄技术可以满足1∶1000地形图平面中误差±0.60m以及高程中误差±0.50m的成图规范要求。

3.结束语

由于无人机航摄技术成本低、投入人员少、机动灵活、现势性强、数据处理速度快等优势，适用于复杂及危险区域的测绘工作，有效地解决了全野外模式和传统航空摄影测量在带状地形图测量中未能解决的问题。但同时无人机航摄技术限制于天气因素，雨雾天气均会影响无人机的飞行。

本文重点研究利用无人机技术在1∶1000带状地图制作中的应用。经过验证，该方案可以满足1∶1000地形图制作相关规范，因此无人机技术在带状地形图测量中优势明显，节省了人力并且能够很大程度上节约成本和提高生产效率。但采用本方法在大面积灌木、森林区域进行地形图测绘受到了极大限制，如何解决大面积灌木、森林区域的地形图制作将是下一步工作的重点。