无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用与实践张守波

无人机航空摄影测量技术在地形测量中的应用与实践张守波

张守波

盱眙国联建设工程质量检测有限公司

摘要：无人机航空摄影测量相比较于载人大飞机航测，其不需要空域申请、机动灵活、应用成本低、精度高，能大幅度减少外业工作量，进而提高生产效率，缩短工期。本文从介绍无人机航空摄影测量技术的原理出发，结合生产实例，详细分析了利用无人机进行地形测量的整体流程及作业方法，并对精度误差进行了统计，为无人机航空摄影测量技术的推广应用提供借鉴。

关键词：无人机；航空摄影；像控点；空中三角测量

1.引言近年来，随着我国经济的高速发展，各部门对地形图的需求日益增大，常规小区域地形图的测绘方法主要靠人工使用全站仪、GPS-RTK等设备全野外采集数据，这种作业方式劳动强度大、效率低、成本高，已不能满足社会发展的需求。随着无人机技术的发展成熟，由其携带航摄系统进行地形图测绘的成功案例越来越多，相比较于载人大飞机航测，其不需要空域申请、机动灵活、使用成本低、精度高，能大幅度减少外业工作量，进而提高生产效率，缩短工期，无人机航空摄影测量技术已成为传统航空摄影测量手段的有力补充。本文从介绍无人机航空摄影测量技术的原理出发，结合生产实例，详细分析了利用无人机进行地形测量的整体流程及作业方法，并对精度误差进行了统计，为无人机航空摄影测量技术的推广应用提供借鉴。

2.无人机航空摄影测量技术原理

无人机航摄影系统集成了高空拍摄、遥控、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术，它是以无人驾驶飞机作为空中平台，以机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪、激光扫描仪、磁测仪等获取高分辨率真彩色数字影像，再通过内业数字测图软件对影像进行处理，按照一定精度要求制作成各种比例尺的地形图，

3.应用实例

3.1项目概况某矿为更新矿图需要，要求使用无人机制作矿区航摄正射影像图和1∶2000比例尺的线划图，该矿位于某城市西南部，地形为山地，海拔高度平均550m，适合进行航空摄影，该项目平面坐标系统采用CGCS2000坐标系，高程系统采用1956黄海高程系统。

3.2无人机航空摄影本项目采用华测P700E型无人机，该无人机续航时间2.5h，巡航速度90Km/h，最大有效荷载5kg，搭载的航拍相机为全画幅尼康D810，镜头选择定焦35mm镜头，有效像素3600万。本次无人机航摄分两个架次进行，由GPS领航数据计算相对飞行高度，按5cm地面分辨率进行技术设计，航线按图廓中心线敷设，航片倾角不大于5°最大不超过12°数码相机旋偏角不大于15°，最终飞行质量良好，完成航飞面积约9.34km2，飞行6条航线，拍摄231张航片，且影像色彩均匀，饱和度较好，能够满足1∶2000地形图成图需要。

3.3像片控制测量测区平高像控点采用区域网布设方案，本测区总共6条航线，10km2测区范围共计布设像控点53个，像控点采用小木桩标志。（1）像控点的选刺：像控点均选刺在线状地物交角良好的交点上或影像小于0.2mm的点状地物中心，在相邻像片上影像清晰便于联测的目标，点位实地的判刺精度为图上0.1mm。（2）像控点整饰：像片正面整饰，平高点和高程点均以刺孔为中心，绘7mm直径的圆，平高点用红色、高程点用绿色整饰，点号与高程用分式表示，像片反面整饰用铅笔，略图绘在2cm×2cm的方框内，在方框旁加注点位简要说明，刺孔影像、桩位、略图说明一致，并注明了点号，选刺者、检查者的签名。（3）像控点观测：像控点联测采用GPS-RTK测量技术，对采用RTK测量技术进行的像控点的平面和高程作了抽样检验，检验结果证明，平面坐标中误差和高程中误差均达到像控点测量的精度要求，完全满足了航空测量内业的加密需要。

3.4全数字空中三角测量空三解算软件采用华测Pix4Dmapper航测数据处理系统，Pix4D软件是目前市场集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理系统，该软件无需人工干预，即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的二维地图和三维模型。Pix4UAV通过Pix4D的高级自动空三计算原始影像的真实位置和参数，完全基于影像的内容，利用Pix4UAV的独特优化技术和区域网平差技术，自动校准影像。

3.5数据采集数字产品制作采用MapMatrix全数字摄影测量系统，MapMatrix是由国内专业航测软件公司潜心研发的新型数字摄影测量平台，和传统的数字摄影测量工作站相比，具备以下优势：作业过程自动化、采编入库一体化、数据处理海量化（TB级），本次数字产品制作主要包括立体模型的建立、DLG和DOM的制作。

（1）立体模型的建立立体模型的建立主要是利用空三加密的成果，采用批处理的方式在MapMatrix全数字摄影测量工作站上完成。

（2）制作数字线划图（DLG）立体模型建立以后，在MapMatrix数字摄影测量工作站上通过跟踪矢量化立体模型的方式生成数字线划图（DLG），严格按照国标进行图层的分类和编码，利用MapMatrix内部格式进行室内判读测图，并喷出白纸版线划图，然后进行外业调绘，补测影像上缺失的地物地貌、进行屋檐改正、注记地理名称和补测高程点等，最后利用CASS7.0软件编辑、注记和整饰制成数字线划图。（3）制作数字正射影像（DOM）通过数字微分纠正的方法生成数字正射影像图（DOM），再通过正射影像的镶嵌完成正射影像的制作。

3.6精度检测本项目采用野外实测的方法对测制的DLG图进行精度检验，其中野外巡视42幅为总数的18.2%，实地检测25幅为总数的10.8%，通过对房角、道路交叉处、田坎交叉处、山顶等地方的坐标数据进行采集，并与野外实测数据进行比较，地物点平面位置误差最大为78.2cm，最小误差37.8cm，高程误差最大为80.4cm，最小为51.3cm，参考《基础地理信息数字成果1∶500、1∶1000、1∶2000数字线划图（DLG）》（CH/9008.1-2010）规定，1∶2000数字线划图（DLG）图上地物点对邻近野外控制点的平面位置中误差不大于1.6m（山地、高山地），高程注记点对邻近野外控制点的高程中误差不大于1.2m（山地、高山地），限差为中误差的2倍，该项目各项指标均符合规范的要求。

4.结束语实践证明，无人机航空摄影测量技术大大减少了野外测绘工作量，在精度上也完全达到了1∶2000测图的要求，相比较于人工全野外测绘和传统载人大飞机航测具有无可比拟的优势，相信随着科技的不断发展，其在更大比例尺的地形图测制中也将得到广泛应用，发展前景非常广阔。

参考文献：

［1］国家测绘局.CH/Z3005—2010低空数字航空摄影规范[S].北京：测绘出版社，2010：3-10.

［2］CH/9008.1-2010基础地理信息数字成果1∶5001∶10001∶2000数字线划图.北京：中国标准出版社，2010

［3］姚全德，李奇，孙雨.无人机摄影测量技术在江西永泰航电枢纽工程中的应用[J].北京测绘，2014，4-5.

［4］范承啸，韩俊，熊志军，赵毅.无人机遥感技术现状与应用[J].测绘科学，2009，34（5）：214-215.

［5］王聪华.无人飞行器低空遥感影像数据处理方法[D].中国优秀硕士论文，2006

［6］刘宇，邹自力，熊一，张华剑.无人机在摄影测量中的应用.江西测绘，2014（1），224-225.