遥感航测技术在公路地形图测绘中的应用研究

翟瑞林 张驰 孙嘉祺

北京市首都公路发展集团有限公司公路资产管理分公司 北京 101116

引言

公路地形图测绘在交通建设领域中占据重要地位，公路地形图测绘作业具有工作量大﹑综合性强﹑准确度要求高等特点，只是应用传统测绘技术，不仅人员﹑资金和时间资源投入较高，而且存在测绘数据准确性不足等短板，随着时代的进步，我国公路地形图测绘不断进行技术改进与创新，经实践发现，在公路地形图测绘作业中合理应用遥感航测技术，可大幅度提高测绘数据准确性，但是恶劣天气会对遥感航测技术应用效果造成负面影响，所以仍需探索遥感航测技术发展途径。

1 遥感航测技术的主要测绘方法分析

1.1 测量、遥感及定位技术

当进行测绘时，尤其是对地形﹑城市规划以及工程施工进行测绘，大多会采用高空俯瞰测量，这时就会首先选择遥感航测技术，提高测绘的准确性。遥感航测技术是将航测技术与遥感技术进行综合，对二者进行优势互补，大大提高了航测的范围﹑速度以及精确度。在应用遥感技术时主要是通过波谱来识别地面的物质，最终确定物体所在的位置。航测技术可以包括到遥感技术范围内，二者都与高空作业有关，但又有一定的区别，将二者融合以后，能够使测绘更加的精确，提高识别的范围，降低影响因素的干扰。

1.2 智能化一体技术

在运用遥感航测技术进行测绘时，最广泛应用的是智能一体化技术，这也是核心技术之一。在应用智能一体化技术时，是将测量所获得的数据全部录入到计算机中，利用计算机对数据进行进一步的处理和筛选，能够提高数据处理的效率，减轻工作人员的任务量，实现一定程度的自动化[1]。例如，在进行测绘过程中产生的数据量大，如果采用人工的方式去对数据进行处理，不仅会花费很多的精力，而且会浪费大量时间，而应用智能一体化技术，就可以基于计算机对数据进行处理，快速筛选出需要的数据，并采用人工对筛选完成的数据进行处理，大大提高了数据处理的效率及准确性。所以，通过合理的应用智能一体化技术，能够发挥出更大的价值。

1.3 航空摄影与测图技术

通过综合传统摄影技术以及科技而衍生出的航空摄影技术，在进行应用时，能够有效避免传统摄影技术的不足，传统摄影技术的不足主要表现在当摄影工作超出一定的高度后，精准度就会大大下降，仅能够完成特定角度的摄影工作，而应用航空摄影技术进行测绘时，使摄影技术具有更广泛的应用范围，适应度大大提高，能够完成高空摄影工作，并且确保获取数据的精确性，在拍摄完成后能够采取特定的计算方法按照一定的比例进行精确的测量，大大提高了地形图测绘的精确度[2]。但是，航空摄影与测图技术对于工作人员具有较高的要求，工作人员除了需要具备高超的拍摄技术以外，还需要具有强大的计算能力。在进行地形图测绘时应用该技术，可以先进行图像的保存，然后再处理计算。在进行测绘过程中，还要采取科学测图技术才能够确保在获取图像数据时，可能会影响图像的因素，并调整误差，进一步提高数据的精确度。

2 无人机遥感系统构成与数据的处理

2.1 无人机遥感系统构成

首先是遥感信息采集系统。遥感信息采集系统作为无人机低空遥感系统中的重要部分，是由无人机遥感平台﹑地面监控系统以及飞行控制系统3个子系统组成的。

其次是遥感信息处理系统。遥感信息处理系统在无人机低空遥感系统中发挥着重要作用，是由多个子系统构成的，包括空中三角测量系统﹑全数字立体测量系统以及遥感相片处理等。其中，空中三角测量系统可以基于整理好的航带列表来确定航线的关系，内定向影像，有效量测像控点，设置不同影像之间的连接点。全数字立体测量系统主要是由硬件和软件模块组成的，硬件包括专用立体观测设备﹑三维鼠标以及手轮脚盘。遥感像片处理是一种像片文件，基于多个初始文件对像片进行处理，可以进行航带整理﹑畸变改正﹑质量检查﹑拼接以及预处理。

2.2 数据的处理流程

相较于常规的航空摄影数据，无人机低空遥感数据的特点主要包括以下几点，首先，采取非量测型数码相机进行摄影，无人机遥感镜头容易出现畸变，所以在进行正式的测量之前，必须提前进行校正。其次，在运用窄像幅相机时，需要增大影像之间的重叠度，从而避免航摄出现漏洞[3]。再次，无人机低空遥感平台稳定性需要提升，虽然有一定的预防措施，但是对于高空的大风天气，仍然会出现大幅度倾斜﹑重叠度不规则的现象。最后，立体采集效率有待提升，尤其是在覆盖面积小的时候，会有许多接边工作量。从整体来看，无人机低空遥感测量流程与传统航空摄影的测量流程基本相同。

3 遥感航测技术在公路地形图测绘中的应用案例分析

3.1 无人机低空遥感数据收获的具体情况

新疆塔城测绘研究所于2018年6月份利用无人机机载倾斜摄像系统开展航空摄影，摄影的范围是新疆塔城建邺区，总共进行了7架次飞行，供获得倾斜摄影影像数据约76km2，在进行航空摄影的过程中，摄影的高度维持在550m左右，影像地面分辨率达到了0.07m，风力大约为4.2级。为了能够实现自动建模，相片的重叠度要达到航向80%﹑旁向60%。在摄像完成后来检查摄像的质量，可以明显看出采用无人机低空遥感技术进行测绘，能够满足目前摄影测量内业数据的处理要求。

3.2 大比例尺地形图的测绘实践

本次对新疆塔城建邺区进行测绘是属于大比例尺地形图测绘项目，本次项目的主要工作包括测绘1︰1000地形图以及1︰1000正射影像图，同时，需要考虑采用无人机低空遥感测绘技术在获取数据时可能遇到的问题[4]，例如，像幅小﹑基线短﹑重叠度不规则以及畸变大，为了对获取得到的遥感数据进行更有效的处理，对于本次所获得的数据采用PS﹑ERDAS﹑PixelGrid进行处理。

在进行测绘时，应用技术时需要满足以下几点。

①当进行像控点的布设时，优先采用区域布点法，间隔选取旁向两条航线，航向8-10条基线，对于局域网中存在拐点的部位，应额外设置平高控制点。对于区域当中的像控点的高程和平面，以及区域玩平差中的检查点，应该采用网络RTK测量方法，对像控点WGS 84坐标进行测量，然后转换为WGS84大地坐标，最后转变成国家2000大地坐标系，就能够很好地符合项目的相关要求。②在无人机低空遥感影像数据处理的相关流程中，最需要攻克的难点就是进行三角测量的控制，这是对于测绘精度影响最大的部分之一，尤其对大玻璃窗地形图会造成很大影响。这是由于地形图对于成图的要求很高，而且航摄的主要数据源为下视数据，同时，需要对具有高重叠度的相片需要进行抽片处理，这样就能够显著降低空中三角测量的工作量。而且采用无人机低空遥感影像可能会存在较大的畸变影响，所以对于所使用的下视数字影像进行畸变的校正，校正完成后才可以开展后续的相对定向以及连接模型等工作。③在进行DOM制作的过程中，DSM应该才取于精确度较高的DSM匹配算法，能够自动的提取测绘区域的DSM数据。在对原始影像进行调整时，一定要选择专业软件进行处理，才能够有效进行均光处理，降低问题出现的概率。对于测绘区域中影像的色调可以统一进行处理，这样能够使处理后的影像更加接近标准色调，当完成筛选后就可以使用PS软件来调整影像的整体色调，从而使整体地形图的色调的一致性[5]。对于地形图测绘优先选择全数字立体测图技术方法，该方法进行测绘的步骤是“先进行内业，然后进行外业”，并且严格按照“外业定性，内业定位”的原则，并且充分利用无人机低空遥感影像数据以及空中三角测量的结果，通过充分的运用全数字摄影测量工作站，全面收集测量区域内的地貌要素以及特征。然后再通过外业对地形图数据再次的进行补充，调整地形图的属性，完成整个测绘数据的编绘工作。

3.3 分析空中三角测量误差的来源

这在对测绘局域网中进行空中三角测量时的精度，影响其精度的因素主要包括两种，第一，测绘区域网几何强度是其中之一的影响因素，包括像控点的精度﹑控制点权值的确定﹑像控点的数量﹑辅助数据的使用情况以及像控点的分布情况等。第二，原始观测数据的精度也会对空中三角测量造成影响，包括航摄仪的种类﹑摄影材料的稳定性﹑影像系统误差的校定以及摄影的比例尺等。

通过深入分析新疆塔城地形区域中测绘加密分区的平差精度，可以总结平差精度误差来源，包括以下几点，首先是进行外业时，像控点布设的位置不合理，进而导致再进行内业量测时的目标点不能准确的定位，从而获取不到高精度的刺点。总体来说，当进行大比例尺地形图的测绘时如果选择无人机低空遥感测绘技术来完成测绘工作，需要对具有较高测绘难度的区域提前布设像控点的位置，才能够提高测绘的精度。

3.4 大比例尺地形图成品精度的评估

当完成地形图的测绘以后，尤其是大比例尺的地形图，需要评估其几何精度。在进行像控点的采集时，需要严格按照像控点测量要求进行，而且像控点布置的位置要均匀，这样才能够为后续的精度检测打好基础，对于新疆塔城建邺区总共采集了310个平高检查点。再进一步的统计后得到所测绘的塔城地形图的误差大约在9.32m，能够达到本次项目精度的要求。

4 未来遥感航测技术发展趋势

遥感航测技术尤其在对公路地形图进行测绘时起着不可替代的作用，但是在实际应用遥感航测技术进行测绘时，仍存在部分问题需要改进，这就是未来遥感航测技术需要改进和完善的地方。这主要表现在以下几点，首先，对公路地形图进行测绘时，大多会开展多次的数据采集工作来提高测绘的精确性，但是采集的数据都需要通过筛选后才能够使用，而且伴随着采集次数的增加，会导致工作人员的工作量提升。其次，在恶劣天气下使用遥感航测技术，会影响编制仪器的工作，尤其是暴雨和大雾天气，测量的偏差幅度会增加，严重影响测绘结果的精确性。最后，仪器可以受到使用寿命以及技术的限制，使用的仪器在进行测绘时都需要要求灵敏度，能够顺利完成信号的发送以及接收工作，如果仪器存在问题，不能顺利地进行信号的发送以及接收，就会严重制约测绘发展的脚步。通过对以上问题的总结，在未来遥感航测技术发展时尤其需要对编制仪器进行优化升级，提高其抗干扰能力，提高数据测量的精确性，此外，所使用的接收器以及传感器要高度匹配，才能够实现实时的测绘。

5 结束语

总之在科技高速发展的新时代，我国遥感航测技术已经衍生航空摄影与测图及智能一体化等多种技术方法，从而为公路地形图测绘工作提供了巨大技术支撑，上文重点分析了阐述了无人机遥感系统的构成与数据的有效处理，并梳理了遥感航测技术实际应用案例与未来发展趋势，希望能在推动公路地形图测绘技术改进的同时，促进测绘行业持续发展。