消费级无人机在大比例尺地形图测绘的应用

郭 剑 贺国伟

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南714099）

1 概述

传统的大比例地形图主要利用全站仪、GPS-RTK 进行外业数据采集，利用南方CASS 等绘图软件成图，该方法具有作业效率低、劳动强度大、成本高的缺点。随着无人机的技术的不断发展，低空航测影像获取方式更加便捷，利用消费级无人机进行大比例地形图测绘已成为研究热点。

2 无人机航测技术在大比例地形图测绘中的技术流程

利用无人机航测技术生产大比例地形图的流程主要包括资料收集，像控点测设，航空摄影，空三加密，模型与DOM 生产，DLG 采集及外业调绘。操作流程见图1。

图1 实验技术流程

2.1 资料收集。资料收集包括收集测区内小比例地形图、遥感影像、数字高程模型等；收集测区内自然与人文资料以及影响无人机安全飞行的相关资料，如地面落差、植被覆盖、通讯信号塔分布等。2.2 像控点测设。像控点分布及精度直接影响空三精度，决定后续三维模型生产、DOM 和DLG 的采编精度，所以合理的像控点布设方案对成果质量具有重要意义。在航摄前应拟定像控点布设方案，按照拟定的布设方案，在遥感影像图上选择像控点概略位置，尽可能选择地势平坦，标志明显的点，对于无明显标志的点位，可自行建立标志，一般采用对三角形、L 型及十字型标志，并在像控点适当位置喷写点号，方便刺点，最后采用GPS-RTK 进行像控点测量。2.3 航空摄影。2.3.1 起飞环境选择。航摄时，应当按照实际情况选择视野开阔，远离人口密集及高压电线、信号塔等影响无人机安全飞行的区域。2.3.2 航摄参数设置。航摄参数主要包括飞行范围、重叠度及航高等。相较于传统的单相机垂直摄影方式，倾斜摄影采用5 相机，即1 个正射相机，4 个倾斜相机，倾斜相机倾角一般-45°，航向重叠度为70%-80%，旁向重叠度为60%-70%，航高可根据成图比例尺所需的影像分辨率确定。2.3.3 航摄数据检查。为保证航摄质量，航摄完成后，应现场检查相片清晰度，曝光情况等影响内业成图因素，数据不合格时进行补飞或重飞。2.4 实景三维建模。首先将航摄数据包括POS 数据、影像数据、相机检校数据以及像控点数据进行整理，使其格式满足数据处理平台要求，然后将数据导入至处理平台进行刺点，刺点完成后软件自动完成空中三角测量。空三结束后，检查空三质量，空三质量合格后即可进行模型与DOM生产。2.5 内业数据采集。利用OM与实景三维模型相结合的方式进行地形数据采集，采集内容包括居民地、水系、道路、土质地貌等。2.6 外业调绘。数据采集完成后，需对模型不清析、属性不明确的地物进行调绘，如建筑物层数、结构等。

3 工程案例

3.1 数据获取。实验以渭南市临渭区某项目为例，测区长1.1km，宽0.7km，总面积0.77Km2，测区以平原为主，地形起伏较小。以精灵4Pro 为航测平台，相机焦距8.8mm，像元尺寸2.3μm。航高为120 米，地面分辨率3.1cm，相机倾角为-45°，航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%，完成像控点12 个，精度检查点35 个。3.2 空中三角测量。利用Smart3D 进行空三加密，自动生成实景三维建模与DOM。3.3 内业数据采集。利用EPS 软件进行地形数据采集，主要包括测区内居民地、道路、地形地貌、水系设施采集。

4 精度评定

为检验地形图精度，本文在测区内利用GPS-RTK 均匀获取了道路、房屋、围墙转角及井盖等35 个特征点进行精度检查，见表1。分别按式（1）、（2）计算平面与高程中误差。

表1 测区平面及高程检查点精度统计表，单位m

按式（1）、（2）计算平面及高程中误差分别为0.030m 与0.045m，按照《工程测量规范》1：500 地形图点位平面中误差为0.05cm，地形图高程中误差为1/10 等高距，平原地区等高距为0.5m，所以高程中误差为0.05m，可知平面精度满足1：500 地形图测量精度。

5 结论

利用消费级无人机为航测平台，利用GPS-RTK 进行像控点采集，采用Smart3D 进行空三加密、生成DOM及实景三维模型，基于DOM与实景三维模型绘制测区地形图，并与GPS-RTK获取的检测点数据进行对比，结果表明，采用消费级四旋翼无人机倾斜摄影测量方式进行大比例地形图测绘精度可以达到1：500 地形图测绘要求，可以作为大比例尺地形测绘的获取的一种方法。