无人机倾斜摄影测量在1∶500 地形图中的应用

刘 娣，何仁德

（1.湖南城建职业技术学院，湖南 湘潭 411100；2.湖南虹康规划勘测咨询有限公司，长沙 410000）

为了丰富基础地理信息资源，提升整体现势性，湖南省自然资源厅印发《湖南省1∶10 000 基础地理信息数据库更新技术规程》和《湖南省市县城镇开发边界内1∶500 地形图成果汇交规定（试行）》的通知及《关于加快推进1∶500 地形图更新与汇交工作的通知》，积极推进湖南省基础测绘生产与更新工作[1]。本项目按照“需求导向、变化引领、及时更新”的原则，开展××县1∶500地形图的更新与汇交工作，通过无人机技术与传统测绘技术相结合的手段获取最新基础测绘数据以促进自然资源管理和经济社会发展。测区面积根据现有国土空间规划资料显示需完成面积为60.00 km2的1∶500地形图新测，任务时间4 个月。

1 项目实施

由于工期紧，任务重，结合测区特点以及公司已有仪器设备与技术人员水平，本次项目采用无人机摄影测量与传统数字测图相结合的方式进行，总体技术路线如图1 所示。

图1 总体技术路线

本项目航空摄影测量的作业包括：作业准备、航线规划、像控点布设与测量、外业航飞、空中三角测量、像片刺点与平差、数字正射影像和实景三维模型、像片调绘、内业编辑成图及成果导出[2]。具体技术路线图如图2所示。

图2 无人机倾斜摄影技术路线

1.1 作业准备

搜集测区详细资料包括控制点数据、坐标系统和高程基准参数及已有相关图纸资料等[3]，开展测区踏勘并分析测区地形分布情况及特点，选择场地平坦、发射正上方无电线和高层建筑的地方作为起降发射平台，判断天气条件，记录当天作业日志。

1.2 航线设计

综合考虑摄区分布形状、数据后处理的要求以及航线敷设的原则，本项目按南北方向敷设航线，航向重叠度按80%设计，旁向重叠度按70%设计。与摄区边界线相平行的首末航线在摄区边界外敷设；摄区边界线的旁向重叠至少超出像幅的一半，以保证目标完全在航摄范围内。

1.3 像控点布设

（1）像控点布设应充分利用全省不动产统一登记基础数据建设项目中像控测量成果的基础上进行[4]，采用“四角双点法”按区域网布设，区域网布设成“4 条航线×10 条基线”，此外还要在区域网中间布设1 个检查点[5]。

（2）像片控制点应当布设在影像清晰、特征明显，对比突出和施测方便等容易判别的位置[6]，应尽量选在比较细的、接近正交的线状地物边线交叉处。

（3）本项目像控点利用CORS-RTK 技术进行测量，像控测量平面高程精度均不能超过±0.1 m。

（4）像控测量成果应包括像控点成果表、像控点点之记和像控点展点图。像控点点之记如图3 所示。

图3 像控点点之记

1.4 航摄飞行

航拍前，做好起飞前的各项准备；检查飞机是否能正常完成操作指令。在各项准备工作完毕后，才能起飞；飞手注意现场情况，根据需要随时手动调整飞机姿态及飞行高度。若航摄过程中出现的绝对漏洞、相对漏洞及其他严重缺陷必须及时补摄。飞机起飞和降落时应保证四周视野开阔，周边障碍物的高度角不能大于15°，并且对GPS 信号接收不产生影响。

1.5 建立三维模型

实景三维模型采用Smart3D 软件进行制作，准备好已有资料，打开软件，新建工程项目然后加载数据创建第一遍空三，接下来导入像控点坐标数据，打开对应影像相片进行刺点，刺点过程中注意选取绿色标记相片，每个像控点刺3～5 个相片，完成所有像控点相片刺点后进行第二遍空三计算，检验结果精度是否符合要求，最后导入测区范围线，发布模型，数据为OSGB 格式，具体流程图如图4 所示。经操作最终生成模型，如图5 所示。

图4 空三建模流程

图5 三维模型正视图

1.6 线化提取

利用生成三维模型，按照GB/T 20257.1—2017《国家基本比例尺地图图式第1 部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形图图式》要求，基于软件的线化提取功能，选取与其形状、特征和性质相符的要素代码直接进行地形、地物的采集工作。检查空中三角测量精度，并进行精度分析。依比例尺表示的，则应准确采集其外部轮廓；不依比例尺表示的地物地貌则应采集其定位点或定位线。具体采集内容要求见表1。

表1 地形图精度检测统计表

表1 航测成图地物点相对临近控制点的点位与间距中误差

线化提取可按地物分类逐区域进行，如图6 所示，最后形成线化图，如图7 所示。在模型线化提取过程中遇到地物不清楚，无法准确定位时，务必在相应位置做好标记，以便外业补测。

图6 线化提取过程图

图7 线化提取成果

1.7 外业调绘

外业调绘基本要求：像片调绘应判读准确，绘写明晰，图式符号表示准确，注记符合要求。

对于本测区通过内业测绘的各类要素都要经过野外实地判别调绘，而影像中模糊不清地物或者被树林或阴影遮盖地物以及航摄时的水淹、云影地段和不满幅的自由图边和新增地物都需在野外补测或补调。总之，调绘必须跑到、问到、判准及绘清，并及时自查互检。调绘以现状为准，新增的道路、房屋及独立地物等在调绘时需要采用全站仪、RTK 等方式补充采集。高楼阴影下或树林遮盖下无法准确判读的房子等地物也要采用野外实测的方式补充采集。

1.8 质量检验

为了保证质量，本项目实施二级检查一级验收制度，即过程检查和最终检查。过程检查比例为100%，包括作业员自检、互查和生产部门检查，最终检查在过程检查合格的基础上由公司总工办组织实施。验收由××县自然资源局报请省测绘产品质量监督检查站进行。

检查内容包括：控制测量、地形测量和地形图精度。经外业内业检查，数据精度合格，成果符合要求。

1.9 汇交资料

汇交资料清单见表2。

表2 汇交资料清单

2 结论

本项目利用装载五向镜头的大疆无人机实施倾斜摄影测量，并利用Smart3D 软件实现空三测量与三维建模，最后利用map3D 软件进行特征点、线采集实现线化提取，并结合外业调绘补测完成1∶500 地形图测绘，经检验精度符合规范要求，满足项目需要。

利用无人机倾斜摄影测量进行大比例尺测图需要注意以下几点。

（1）选择合适的无人机与拍摄相机，这些影响到作业时间与影像的质量。

（2）无人机航摄过程中一定注意飞机的安全，避免出现飞机失联、坠落等事故。

（3）像控点布设要合理，像控点选点符合要求，制作清晰，与路面对比明显，有利于刺点准确。

（4）选择合适的空三建模软件与线化提取软件。