无人机1∶500测图的应用与分析

无人机1∶500测图的应用与分析

黄尚权包正洪

昆明麦普测绘科技有限公司

摘要：无人机低空航测技术可以迅速、高效、准确的获取影像信息，已经成功应用重大项目建设、城市规划管理、政府决策等领域。本文设计了无人机进行1：500数字航测外业航飞技术路线、内业空三加密、立体测图等技术流程，结合实际分析处理方法的关键步骤，同时为1：500测图提供一些借鉴和思考。

关键词：无人机；航空摄影测量；空三加密；立体测图

1无人机航测系统简介

无人机航空摄影测量以其机动灵活、成本低廉、效率较高、支持云层下作业等技术优势，已广泛应用于重大项目建设、城市规划管理、政府决策等众多领域。以无人机获取的影像信息，完成正射影像（DOM）图制作已较为成熟，由于DOM影像数据只包含二维坐标信息，无法反映地物的真实高程信息。所以，利用相关高分辨率正射影像数据恢复三维立体模型完成1∶500数字线划图（DLG）的制作，针对外业规划核实测量、违法建筑监测等多项工作都具有借鉴意义。因此、本文针对无人机航摄数字测图过程中若干关键技术问题，进行了相关研究。

2无人机航测技术方法

本文根据实地调查的测区情况，结合现有资料以及相关技术规范要求，设计如下的无人机航摄技术路线，如图1所示，其中外业调绘部分不作详细论述，这部分根据甲方要求，如需实地调绘，再按照相关要求进行实地外业测量工作。

图1无人机航摄技术路线

3实例分析

3.1测区概况

本次试验测区范围约为4km2；由于地区处于边缘地区，为了快速准确的获取当前该地区房屋现状，用于下一步该地区的规划决策，传统的纯外业测绘效率相对较低，因此利用无人机低空航测技术完成此次外业航飞任务，获取该地区最新的影像数据。

本次无人机设计航线飞行方向为东西方向，相对航高为317m，航线重叠度为75％，旁向重叠度50％，像元大小为4.8um，影像地面分辨率为0.04m，有效架次1次，总共获取579张照片，无人机由于搭载的是非量测相机数码相机，其受地区和环境的影响较大；本地区周围有水系，航摄影像会受到一定的影响，相片边缘易产生相应的畸变；因此在空三加密平差时，会针对上述情况，结合实际，选取合理的加密点，保证空三加密和正射纠正的精度。

3.2数据处理软件介绍

本文引入Agisoft公司开发的PhotoScan软件完成正射影像图制作，使用Photomod软件进行影像空三加密平差，恢复立体像对；结合全数字化测图平台mapmartix软件进行网络化立体测图，制作相应的DLG数据。

3.3数据处理

使用GPSRTK动态量测所需像片控制点，可以同时获取地物的平面和高程信息，由于无人机航空摄影要求影像重叠度大，基线较短，根据《1∶500地形图航空摄影测量外业规范》，外业像片控制点布设要求沿航向、旁向分别布设，具体即为沿航向间隔500m布点，沿旁向间隔500m布点。此次试验区共布设29个控制点，其中每个控制点均可以作为平高检查点，为后续数据处理提供地理参考。此外，外业获取的像控点坐标一般为WGS84坐标，本文为了方便利用已有成果资料，使用布尔莎七参数转换将坐标转换为1954北京坐标系，进行内业数据处理，并投影至本地中央子午线E114°。最终成果高程基准和坐标系统分别为1985国家高程基准与2000坐标系。空三加密是决定无人机航空摄影像成图精度的关键步骤；本文分别使用Photomod软件中AErialTriangulation（AT）和solver模块进行无人机影像空三加密和平差，软件通过判读导入的控制点和量测的控制点之间偏差，基于Patb光束法严格平差，计算点位残差，保证立体测图所需像对的精度。

其后本文根据空三加密、平差恢复的影像立体像对，于数字化测图平台mapmartix软件进行DLG数据采集工作。软件基于高速网络图幅方式的全无缝测图，作业步骤包括建立工程、引入空三成果、分割模型、分配任务、客户端进行生产、客户端成果上交等。

3.4试验结果分析

根据GB/T15968－2008《遥感影像平面制图规范》可知，特殊地区可放宽5倍，规定2倍中误差为其限差。无人机正射影像的几何精度，可以采用影像与控制点和检查点的套合检查以及拼接线的检查。本文利用PhotoScan软件可以快速利用多视图影像对重叠照片进行处理，生成的高分辨率正射影像，再利用Photoshop进行匀色修补输出单幅影像，由图可知影像接边处色彩过渡自然，地物接边合理，人工地物完整，无重影和发虚现象，实际平面精度可达0.10m。为后续优化空三、三维建模提供精确的地理参考，本文在PhotoScan软件处理过程中导入的实测控制点数据，可以基于照片对齐后生成的稀疏点云，创建的mesh手动更新照片上控制点标记的位置，再借助软件匹配提示，实时更新控制点在照片上量测的位置，如图2所示。

图2更新每张照片控制点点位

4结束语

利用无人机航摄的技术，通过有效的技术流程设计和内外业数据处理，最终成果可以满足1∶500数字线划图数据和数字正射影像图的精度要求，完成我院日常的生产研发等工作。但本文在研究的过程中发现处理流程中仍存在一些技术难点。首先、外业像控点布设工作量较大，为了满足大比例尺空三精度要求，需要研究结合测区的情况和飞行质量，在保证精度的同时抽稀像控点布设数量，提高外业作业效率，研究最佳外业控制点布设方案。其次、空三加密过程较为复杂，建立空中三角测量网，其精度易受到多种因素的影响：其一来源于像控点网络布设导致的参考点物方坐标系与实测坐标值之间的偏差；其二来源于相邻立体像对连接点的坐标的点位中误差；其三来源于邻近立体像对中心投影的物方坐标的点位中误差。空三加密的精度很大程度上决定了最终成果的成图精度，所以有必要根据实际情况优化空三加密方案，保证作业精度，同时减少作业时间，提高作业效率。并且、正射影像图精度受到作为地理参考的控制点精度、处理流程中的数据定向、刺点、点云提取、建模精度等多方面影响；PhotoScan软件虽然自动化程度较高，但作业流程中关键操作失误、参数设置不合理，仍会导致生成的影响精度不佳。

参考文献：

［1］林蔚凯.1∶500地形图无人机航测技术研究[J].城市勘测.2017（4）：93-96.

［2］苗小利.基于大重叠度影像无人机航测地形图技术方法研究[J].矿山测量.2016（6）：19-22.

[3]赵明.AgisoftPhotoScan在无人机航空摄影数据处理中的应用[J].水电站设计.2017（6）：44-46.