无人机倾斜测量在1∶500地形图测量中的应用与分析

2021-04-29王志强

科技创新导报 2021年35期

王志强

摘要：随着测绘技术装备的日新月异，测绘技术手段的不断提高与创新升级，各种高精尖的数据获取设备、数据处理软件广泛应用于测绘生产，测绘行业的数据获取能力和数据处理能力得到了极大的提高，生产速度有了翻天覆地的变化，无人机倾斜摄影测量技术得到飞速的发展。倾斜摄影测量技术具有运行成本低、工作效率高、作业风险低、分辨率高、灵活性以及遥感数据实时性等多种优点。本项目采用无人机倾斜航空摄影（地面分辨率优于1.5cm）、立体测图方式，同时形成实景三维模型、1∶500数字线划图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等多种类数据成果。

关键词：倾斜航空摄影测量实景三维模型 1∶500地形图炎陵县

Application and Analysis of UAV Tilt Measurement in 1：500 Topographic Map Survey

——Based on the Yanling County Town Development Boundary

WANG Zhiqiang

（Hunan Province Second Institute of Surveying and Mapping， Changsha， Hunan Province， 410000 China）

Abstract： With the rapid surveying and mapping technology and equipment， surveying and mapping technology and innovation， various sophisticated data acquisition equipment， data processing software is widely used in surveying and mapping production， surveying and mapping industry data acquisition ability and data processing ability has been greatly improved， production speed has tremendous changes， UAV tilt phogrammetry technology has developed rapidly. Tilting photogrammetry technology has many advantages of low operation cost， high work efficiency， low operation risk， high resolution， flexibility， and the real-time nature of remote sensing data. This project adopts UAV inclined aerial photography （ground resolution better than 1.5cm） and three-dimensional mapping， and forms various data results such as real 3 D model， 1∶500 digital line drawing （DLG）， digital elevation model （DEM）， digital forward projection image （DOM）.

Key Words： Tilt aerogrammetry; Real 3 D model; 1∶500 topographic map; Yanling County

为更好地保障炎陵县自然资源管理和经济社会发展对基础测绘数据需求，根据湖南省自然资源厅制定的《湖南省基础测绘生产与更新工作方案》（湘自然资办发〔2020）189号）和《关于加快推进1∶500地形图更新与汇交工作的通知决定》（湘自资办发〔2021〕18号）文件精神，按照统一标准，实现市州、县市区城镇开发边界内1∶500 地形图实现年度更新与汇交，为炎陵县后续用地审批、不动产统一确权登记、国土空间规划等业务提供统一的工作用底图和地形图基础数据。通过建立实景三维立体模型，为炎陵县城镇开发区提供更直观立体三维影像支持，便于对今后城镇开发区建设作出更准确的分析与判断。

1 工作范围和工作内容

1.1 工作范围

根据炎陵县自然资源局国土空间规划股在项目立项前对炎陵县城镇开发边界的初步规划，中心城区规划开发区面积20.05km²。

1.2 工作内容

（1）像控点控测量。

（2）炎陵县城镇开发边界任务区倾斜摄影测量。

（3）建立实景三维立体模型（实景三维立体模型的基础定位应与1∶500数字线划图（DLG）基础定位完全保持一致，地面分辨率应优于1.5cm）。

（4）炎陵县1∶500数字化地形图测量。

（5）炎陵縣1∶500数字线划图（DLG）及元数据制作。

（6）按照《湖南省1：500地形图数据规范》建立炎陵县级1∶500地形图数据库，并按省厅湘自然资办发（2020）189号和湘自资办发（2021）18号文件要求汇交成果数据。

2 成果的主要技术指标和规格

2.1平面坐标系统与高程系统

平面坐标系统：采用2000国家大地坐标系，高斯投影，3度分带，中央子午线 114? 00，00〃。

高程系统：釆用1985国家高程基准。

基本等高距：地形图平地、丘陵地等高距为0.5m，山地、高山地为1.0m;每幅图内只允许采用一种基本等高距。

2.2精度指标

2.2.1平面精度

（1）各等级控制点平面精度的最弱点点位中误差不大于±5cm。

（2）地形图地物点平面精度指标按表2要求执行。

2.2.2高程精度

各等级控制点高程精度的最弱点高程中误差不大于±2cm，像控点髙程中误差不大于测图基本的l/10等高距，高程注记点相对于邻近控制点的高程中误差不大于基本的1/3等高距，等髙线内插高程点精度要求按表3执行。

2.3数据存储格式

符号化地形图数据釆用*.gwg格式（AutoCAD 2008版），同时提供块图和分幅图。非符号化建库数据（DLG）釆用*.gdb格式（ArcGISlO.l版），以炎陵县（430225）城镇开发边界项目区构成一个整体数据库存储在ArcGIS File GeoDatabase数据库中。

3 技术方案和路线

采用倾斜摄影测量技术建立实景三维立体模型、裸眼三维立体测图和全野外解析法数字化测图两种方法^[1]。以倾斜摄影测量技术建立三维立体模型、裸眼三维立体测图为主要方法，对较多高楼或建筑物密集、地物遮挡严重的地区釆用全野外解析法数字测图方法补充测图为辅进行生产作业^[2]。

倾斜摄影三维立体测图主要包括像控测量、倾斜航空摄影、三维建模、裸眼三维立体测图、调绘和上图等步骤。釆用无人机以倾斜摄影的方式生成高精度实景三维模型，基于模型立体采集各类地形要素，釆用图库一体软件进行数字地形图的编辑成图，对于因地物遮挡造成实景三维模型局部变形、模糊而导致难以准确采集要素的部分应釆用全野外数字化测图补测完整^[3]。

全野外解析法数字化测图主要在实景三维模型因房屋、屋檐、树木的遮挡而引起局部变形时来补充测绘相关的地形要素，内容主要包括图根控制测量、外业数据釆集、图库一体编辑等步骤。外业釆用全站仪和GNSSRTK进行地形要素的釆集，内业釆用图库一体软件进行数字地形图的编辑成图^[4]。总体技术路线如图1所示。

4 软硬件设备投入

无人机、三维测图软件、 GNSS GPS接收机、钢卷尺、手持红外激光测距仪、5秒级以上的全站仪、电脑、打印机等。

4.1无人机系统

无人机具有成本低、可靠性高、操作简单、起飞与着陆场地点要求低、定位精度高等优点，可满足倾斜摄影测量与快速三维建模对数据获取的要求。本项目采用飞马D300L无人机^[5]。

4.2三维模型生产

三维模型生产与实景立体三维模型如图3、图4所示。

4.3三维测图

三维测图软件使用航天远景的倾斜测图模块MM3D，在高精度三维模型的基础上采集二维矢量信息。航测立测系统具有测绘信息化入库能力，集采、编、库、更新一体化多功能软件^[6]。DLG采集与生产如图5所示。

5 效率对比与精度分析

5.1效率对比

由表4内的数据分析可以看出，在效率上无人机倾斜摄影测量作业模式比传统测量作业模式在进行“1∶500城镇开发边界地形图”时效率更高，在相同测量任务的前提下，使用无人机倾斜摄影测量作业的人员数量能够减少至少一半，生产周期缩短接近40%～50%左右^[7]。

5.2精度分析

实地对40个点像制点的平面及高程精度进行了检测，经计算得出像控点的最大△S=0.046m，最大△H=0.064m，平面点位中误差为0.023m，高程中误差为 0.035m，满足像控点精度≤±0.05m的要求，详情见表5。对地形图的平面、高程和地物点间距精度进行了野外实测和实地丈量。平面精度检测共采集碎部点1073个点，包括房角、围墙、门墩的交叉点或拐点等，套合同名点平面坐标数据进行比较，计算得最大△S=0.046m，碎部点总体点位中误差=0.023m，小于规定的±0.12m的要求。高程精度检测共采集碎部点310个，计算得最大△H=0.010m，碎部点总体高程中误差为0.050m，小于规定的±0.20m 的要求，详情见表6。地物点间距精度检测共采集间距906个，其中未满足规范要求，占 0.00﹪，计算得最大△S=0.13m，总体地物点间距中误差为0.029m，小于规定的±0.15m的要求，详情见表7。故从数学精度分析上来看，无人机倾斜摄影测量完全能满足“1∶500城鎮开发边界地形图”测量技术要求。

6 结语

综上述应用与分析，得出无人机倾斜摄影测量的优点和不足。

①航摄时受天气因素制约，光线会对航摄产生影响，为确保无人机飞行的安全且稳定，在飞行时也会受到一定的影响。

②树林隐蔽、特殊困难地、高层建筑物，绿化率较高小区存在遮挡，部分关键地物点成像受会到限制影响，难以完成达到预期的精准采集，需要借助全站仪野外数据来完成编辑成图。

③对内业采集人员的技术不熟练，经验不充足，会造成矢量采集的准确性无法得不到充分的保障。

④无人机倾斜摄影测量在大比例尺、城市规划、竣工等测量中的应用，在工作效率得到了显著提高，测量效果也得到了科学优化，测绘成果更加丰富，有效地节约了测量成本。

参考文献

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