无人机在大比例尺测图中的技术探讨

王俊 邹萌 杨莹

(1.河南省测绘工程院，河南 郑州 450003；2.许昌奇升测绘有限公司，河南 许昌 461000）

测绘是国家建设的一项基础性工作，更快更有效地获取基础数据一直是行业热点。随着技术的不断发展，基于无人机平台的航空摄影技术体现出独特的优势。无人机结构简单、携带方便、成本较低、飞行空域不需要审批、不受起飞条件限制，分辨率高，信息采集精度一般为0.1～0.4米高分辨率；平台可重复使用，且不存在时间间隔，便于信息的连续获取；灵活性高，可执行无人区和高危区空间信息采集任务等。本次试验采用河 南省测绘工程院自主研发的GCY-3号固定翼无人机，飞行姿态稳定，航拍时间较长，作业面积大，影像质量清晰，对后期的空三加密有很大优势。以测区1∶500地形图为例，结合测区实际，介绍了无人机低空摄影测量应用于1∶500测图的实践过程，并对精度进行了分析。

1 无人机平台及传感器参数

1.1 无人机平台参数

试验采用无人机的详细参数如表1、表2所示。

表1 作业参数

表2 无人机配置硬件参数

1.2 传感器参数

测区航飞采用宾得645D相机，宾得645D是一款中画幅级别的数码相机，采用最新的PRIME Ⅱ影像处理器，有效像素高达4000万，经测试畸变精度更标准。具体参数如表3所示。

表3 相机参数

2 无人机低空航摄

测区位于桐柏县安鹏镇建成区及化工城区域，高层建筑占3/4，总面积约10平方公里,分辨率0.05米，地势相对平坦。无人机通过滑跑升空，滑跑降落回收。

2.1 技术设计方案

为满足测绘市场对无人机精度的需求，检验无人机低空摄影对地形图测绘的精度要求，选择平坦地形作为试验区[1]，进行1∶500地形图航空摄影测量。为确保影像质量，按照《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形图航空摄影规范》（GB/T 6962—2005）设计技术方案。地面分辨率为0.05米。航线按常规方法设计，平行于测区边界线的首末航线一般设计在测区边界线上或边界线外，确保测区边界实际覆盖不少于像幅的30%。在便于施测像片控制点及不影响内业正常加密时，旁向超出测区边界线不少于像幅的15%，可视为合格。考虑飞行中航线及姿态的保持情况，要相应地增加旁向重叠率[2]。

2.2 航线规划

根据测区实际情况，航线设计相机焦距为35 mm，相对航高为288 m，分辨率为0.05 m，航带间隔为240 m，相机拍摄间隔为131 m。

3 像片控制点布设和空三加密

3.1 像片控制点布设

测区利用无人机航空摄影技术，采用区域网像控布点。为满足《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量外业规范》（GB/T 7931—2008），像片平面控制点和高程控制点相对邻近基础控制点的平面位置中误差不应超过地物点平面位置的1/2，高程控制点和平面控制点相对邻近基础控制点的高程中误差不应超过基本等高距的1/10[3-4]。区域网大小为12条航线和140条基线，像控点采用GPS RTK进行测量。测区共布设110个像控点，24个检查点。1、3、5航线上下刺像控点，2、4、6航线左右刺像控点。像控点一般应布设在航向及旁向六片或五片重叠范围内，确保尽量公用。

3.2 空三加密

空中三角测量采用JX4数字摄影测量工作站进行空三加密，限差设定值是按《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量内业规范》（GB／T 7930—2008）中关于内定向、绝对定向的限差的一半来要求的；采用半自动作业直接选取标准点位（测图定向点，也叫人工点），然后用数字影像匹配技术产生大量的同名点（自动点），最后人工点、自动点一起平差计算[5-6]，通过光束法区域网整体平差得到加密点成果。将空三加密成果导入立体测图，对像控点进行检查。

通过立体反像控，对误差较大的点进行原始像控核对，空三再对粗差点较大的点进行立体核对，满足规范要求的输出成果。

4 地形图数据采集

试验在全数字摄影测量软件JX4系统上进行地形图要素数据采集，在全数字摄影测量工作站上进行立体采集地形要素数据时[7]，要求在像对定向中将加密后的像控成果直接导入测图工作站。内业测绘时应根据影像上地物的构像所形成的几何特性和物理特性，如形状、大小、色调、阴影和相互关系等[8]，来识别地物内容和实质，确定所有地物的轮廓特征。对立体判读有疑问的影像要加注说明，尽量为下一工序提供准确、可靠、完整的数据[9]。在最后的采集初编图中，测定的点状地物要在其几何位置中心，线状地物要连续，面状地物的外围边线要连续且使图斑封闭。

由于本测区处于平原地区，高层建筑占3/4，为检测成果的可靠性，在测区不同区域采用GPS RTK采集30个明显地物点,对内业成图数据进行检查。检测点坐标差值统计如表4所示。

表4 检测点坐标差值统计表

对内业数字地形图中的30处地物点精度进行评定，依据《测绘成果质量检查与验收》（GB/T 24356—2009）规定，检测地物点的点位中误差的计算公式，按高精度检测，其中误差计算为：

按照《城市测量规范》（CJJ/T 8—2011）6.1.6条规定的限差0.5×M=0.5×500=250（mm），本次测绘1∶500比例尺数字地形图，在采用无人机航测成图时，经检测地物点点位中误差小于地形图成图规定的中误差，即在被测地物满足无人机航飞要求的条件下，采用无人机测量技术测绘1∶500比例尺数字地形图是可行的。

5 影响无人机航测精度的因素

（1）天气状况对飞行器姿态和成像质量的影响而产生误差。（2）人的感官鉴别能力、技术水平和工作态度等因素带来的误差，以及外业像控和像控识别、空三加密、立体采集产生的人为误差。（3）相机检校是影响精度的主要原因，目前选用的是中幅面CCD作为传感器的感光单元，经过加固和电路改装以后，成为具有稳定内方位元素的数码相机[9-10]。随着航飞架次增多，相机的感光单元会偏移越来越大，精度误差会更大，畸变差的存在使测量成果无法满足精度要求。（4）内业数据采集分为空三加密与立体量测。像控点识别与判读会与外业实际位置产生误差，空三加密也会有误差，还有立体采集量测时的切准误差等。

6 结束语

本文介绍了无人机应用于城镇居民区大比例尺地形图中的作业流程和精度报告，利用无人机机动、快速航摄等特点，获取高分辨率的影像，通过后期技术处理，进行地形图测量，试验精度完全满足要求。近年来，无人机低空摄影测量是测绘行业快速获取数据的一种新技术，随着无人机技术的完善，相机的分辨率会越来越高，精度越来越有保证，应用领域将更加广泛。