无人机在 大比例尺地形测图中的 精度控制分析

无人机在 大比例尺地形测图中的 精度控制分析

杜冲

山东省国土测绘院 山东省济南市 250102

摘要：计算机技术的迅猛发展以及无人机等测绘设备的普遍应用，使得大比例尺数字化测图技术日趋成熟，有力促进了地形图测绘向自动化、数字化和信息化方向迈进。目前，无人机在大比例尺地形测图中的应用越发普遍。根据无人机搭载航摄仪器的不同，其所获取的影像数据模型也不尽相同。本文对比探讨无人机获取多源数据模型的方法步骤，并对其在大比例尺地形测图中的精度控制措施进行分析。

关键词：无人机；大比例尺；多源数据；精度

引言

随着计算机、地面测量仪器的不断发展,数字化测图软件的日益成熟和广泛应用,传统的测绘模式正逐步被以3S技术(GPS、RS、GIS)为代表的测新技术所替代，大比例尺地形图测绘的传统作业模式已无法适应数字信息时代的发展要求。作为构成国家地理信息系统基本构架的大比例尺地形图,其发展模式和精度控制，也因数据模型的不同而表现出差异性。当前，无人机航测技术的发展已经日渐成熟，使得越来越多的航测无人机野外作业可以满足大比例尺地形图精度要求。通过科学控制测图精度，部分无人机能满足1：500大比例尺测图要求，有效提高了大比例尺地形测图作业效率。

1无人机多源数据获取与处理方法

随着各种新型传感器及相关技术的进步和普及，测绘科学已由数字化测绘向信息化测绘体系发展。在进行无人机航拍作业中，通过搭载不同传感器获取各种模型的地理信息影像数据，并进行大比例尺地形测图，已成为测绘信息化发展建设的主体趋势。除了传统的无人机搭载正射相机进行航空摄影外，最近应用比较广泛的还有无人机搭载小型倾斜相机和微型LiDAR相机等。

1.1倾斜摄影数据模型。无人机通过搭载五拼镜头进行倾斜摄影，多角度获取地物侧面纹理影像。通过建模可制作附有纹理的真三维模型，更加真实地反映地物实际情况，突破了传统航摄仅从垂直摄影获取正射影像的瓶颈。利用搭载小型倾斜相机测制大比例尺地形图的主要步骤包括:(1)航摄准备。作业前进行空域申请、基本控制点资料收集及像控点布设测算等工作，制定航摄计划，确定无人机搭载的传感器、影像分辨率、重叠率及飞行架次和相对航高等一系列航摄因素。(2)航空摄影。通过搭载多台高分辨率数码相机，从垂直和倾斜角度对同一区域进行数据采集。(3)空三加密及实景建模。结合差分GNSS所采集的像控点数据，利用软件对多视倾斜影像进行自动解算，生成相应的三维模型，并以三维模型为基础生成4D产品。(4)数字化测图。将所生成三维模型(OSGB格式)导入EPS系统，进行数字化地形图的生产。

1.2机载LiDAR数据模型。机载LiDAR系统是近年来出现的一种主动式遥感对地观测系统，能够直接获取地表密集的三维坐标点集(点云)及影像信息，已广泛应用于各领域地物分类。利用无人机搭载微型机载LiDAR系统进行外业数据采集，并制作生成数字地形图的主要步骤如下:(1)前期准备。作业前进行空域申请、基本控制点资料收集及像控点布设测算等工作，制定航摄计划，确定无人机搭载的传感器、影像分辨率、重叠率及飞行架次和相对航高等一系列航摄因素。(2)外业数据采集。通过机载LiDAR获取测区的点云数据。(3)LiDAR数据处理。主要是进行点云滤波、点云分类，与数字正射影像进行配准等内容。(4)数字化测图，生产DLG。在iData_3D三维平台上，利用点云和倾斜三维模型数据，贴合DSM生产数字线划地图。

2无人机在大比例尺地形测图项目中的精度控制措施

2.1工作准备

测绘单位在大比例尺地形测图项目作业前，应该将项目作业要求作为依据，设计作业方案，并制定了生产计划。首先，测绘单位需要对参与作业的人员进行技术培训和安全教育，促使项目作业人员掌握作业技术，了解相关的法律法规，明确作业任务，熟悉操作规程，从而使测图精度得到保证。其次，测绘单位还应组织技术人员，对测图设备进行的维护和检查，并采购测图作业所需的物资。最后，在作业开始前，测绘单位通过查找资料的方式，对测图区域的土地调查资料进行了分析和利用，从而为大比例尺地形测图作业的开展，奠定坚实的基础。此外，测绘单位还应在测图工作开始之前，准备好测图所使用的设备，主要包括GPS设备、相机和若干张记录纸。然后在野外作业时，还应检查GPS设备的剩余电量、相机的剩余电量、相机的内存空间，在作业完成后，需要及时充电，以保证设备的使用效果。最后是基础控制点资料的收集。测绘单位需要将项目需求作为依据，合理的收集等级控制点，如果控制点与测量要求不符，应该将已有控制点作为基础，对控制点进行加密。

2.2地面数字测图

在没有合乎要求的大比例尺地图的地区或该地区的测绘经费比较充足,可直接采用地面数字测图的方法,该方法也称为内外业一体化数字测图,是用得最多的数字测图方法。采用该方法所得到的数字地图的特点是精度高,只要采取一定的措施,重要地物相对于邻近点的精度控制点的精度控制在5cm的。但它所耗费的人力、物力与财力也是比较大的。

2.3像控点的布设

（1）像控点布点方式。像控点布设是保障无人机测图精度的重要措施，一般情况下，采用航线两端及中间均隔一或两条航线布设平高点的方法是像控点布设的主要方式。这种布设方式有利于控制成图的精度。（2）像控点的选点。像控点的选择应该遵循航摄相片影像清晰的原则，同时还要避免所选像控点，对侧相机造成遮挡。在测图时应用无人机测图，所避免将圆山顶、狭窄沟头、以及具有明显高低差的房角作为选点位置。（3）像控点的测量。在选点结束后还要对像控点进行测量，一般情况下，测量时需要采用GPSRTK方法。像控点测量首先需要校正坐标系，校正方法为将已知控制点坐标输入至电子手簿之中，然后在流动站接收机安装在已知电商，测得准确的坐标数据，然后将已致坐标数据和GPS测量结果所使用的坐标系统数据进行对比，求得参数，掌握二个坐标系的转换关系。最后，对水平残差和垂直残差的数值进行检查，判断其是否满足测量精度要求，参差不得大于2cm。（4）像控点的拍照。在无人机野外作业时，工作人员应该控制无人机在观测处进行不少于5次的拍照，在这5次拍照中，远照为4次，近照占1次。近照要求摄清天线需要摆放在杆尖落地处，如果1张照片无法准确描述，亦可多拍摄几张。（5）观测记录。在无人机野外作业完成后，需要做好相应的记录，并绘制草图，对刺点处进行准确记录。在绘制草图时，应标明相邻事物的关系，同时还要关联像控点编号和照片编号，避免错误问题的出现。

2.4地形测图工作中应注意的事项

在测量实践中应正确认识与掌握地形测图的特点。根据地形测图的特点,在野外数据采集、内业数据处理与成图编辑中,应注意以下事项:（1）测图单元的划分,尽量以自然分界为界,如河流、道路等等,以便于地形图的施测,也减少接边问题。（2）利用全站仪施测支导线,应防止支导线过长,防止测站数过多,因为全站仪的测距精度高,但测角误差会逐渐累计,点位累计误差也会逐渐增加。（3）全站仪测距精度较高,但在野外测量时,不能盲目扩大测程及测站的覆盖范围,由于测角误差不可避免,因此,应严格注意仪器的对中、整平、后视瞄准的精度。（4）地形测图等高线的勾绘完全取决于野外的测点,因此在地貌测绘时,立尺员应合理选择地貌特征点,并认真了解观察地形,复杂地区应简单绘制地形草图,以便使勾绘的等高线更加符合测区情况。观测员、绘图员、记录员、跑尺员应认真执行数据采集规程。数据采集操作人员应相互配合好,保持观测数据与草图的统一。测地物的拐弯处时,应视其曲率的变化适当加密站点。测等高线时,除了测量特性线外,还应尽量多测一些地形点,以满足计算机建模的需要,也能更加详尽地反映出原始地貌。

结语

大比例尺数字地形图作为各项工程建设、城乡规划、建筑工程、勘察设计等不可缺少的基础技术资料,其应用范围越来越广泛。无人机在大比例尺地形测图方面的优势已越来越明显，其获取的多源数据模型可满足不同需求。在实际作业中，通过合理使用大比例尺地形图测绘的方法，严密操作，规范作业，能有效提高多源数据模型下大比例尺地形测图数字化成图的精度。

参考文献

［1］张祖勋．由数字摄影测量的发展谈信息化测绘［J］．武汉大学学报·信息科学版，2018(2）．

［2］陈文慧．大比例尺无人机航片成图精度研究［J］．测绘与空间地理信息，2019(3):196～197．

［3］司大刚．无人机航摄技术在困难地区大比例尺测图中的应用［J］．测绘与空间地理信息，2018，41(12)．