无人机大比例尺地形分析图测量技术

段国涛

广州南方测绘仪器有限公司

摘要：介绍了无人机低空航摄规范并且分析了无人机航摄系统的特点。对无人机航测系统测绘1：2000地形图的具体工作流程做了详细阐述，并进行了精度评定对于最终生成的地形图而言，满足了1：2000地形图的精度要求。

关键词：地形图；无人机；测量技术；DEM；大比例尺

1、引言

国民经济建设的一项重要的基础性工作是测绘业。如今小面积地域进行航测对于航空摄影测量技术来说成本太高。无人机的优点包括成本低、拍摄范围广、机动、飞行速度缓慢、灵活等，小面积低空摄影测量的关键问题是由于它的出现菜得到了解决。但是又因为无人机飞行高度较低，体积较小，容易受到外界的干扰在飞行过程中，不够稳定的飞行姿态，将会有很大影响对数据质量而言，而且数码相机焦距较小在无人机摄影测量系统中的配备，很小的像幅，给后期造成很大困难在影像拼接和空三加密方面。

2、像片控制

2.1影像资料分析

旁向重叠度和航线间隔在30%—40%之中，航向重叠度在65%—75%之中。没有航摄漏洞在全摄区，超出摄区范围3—6条基线的航向。航线的弯曲度<3%，旋偏角<8°，像片的倾斜角<4°。飞行质量符合无人机航摄系统的标准要求。拥有无云影、清晰的航摄影像等遮挡，有均匀的色彩，并且对设计要求较满足。

2.2像控点布设及刺点

2.2.1像控点布设像控点布设

像控点按2—4条基线布设在旁向上，按10—15条基线布设在航线方向上。要能够有效的控制住成图范围布设的像控点，在测段衔接区域内要保证没有漏洞。在旁向和航向重叠有5—6张像片的区域内来设置像控点应刺。“GP十航片号四位+点序号”是测段像控点编号的原则。供内业加密和存档的绘制布点示意图在像控点布设完成后进行。从而对数字化和空三加密采集要求的满足。

2.2.2像控点的刺点及整饰情况

刺孔与刺点误差的直经<0.1mm，并且无双孔和刺透。明了完整的略图和确切的说明点位，略图、刺孔、说明和实地柱位要相同。红色直经为7毫米的圆形整饰像控点要在像片的正面上，而且还要用点号来标记。并用铅笔绘制标注文字说明与点位略图在像片的背面上。

2.3像控点测量

RTK、全站仪等常规的仪器进行测绘的方法是像控点坐标所使用的方式。参照常规航测外业规范执行来进行施测要求与像控点的精度。采用双频GPS接收机的是木次像控点的测量，控制点是加密的一级GPS控制点是已知的。在全部像控点测量完毕后再收参考站是为了对像控点测量成果的可靠性具有保障作用。对点位进行拍照并制作成点位信息表是施测现场为提供内业加密所使用的。把经检查无误后来进行处理像控点数据，要得到该村片区像控的成果，基线处理是采用Compass静态处理专业版软件。

2.4该像控网精度

统计某地区像控网的精度。

（1）检核线向量，异步环和同步环的验算：同步环共验算15个，6.52ppm为环线全长相对闭合差的最大值，15.0ppm为其限差。异步环共验算9个，Wx=4.46cm，Wy=6.46cm，Wz=6.36cm为其坐标分量闭合差的最大值，±21.06cm为其限差为。

（2）无约束三维平差：1/15267为无约束三维平差最弱边相对精度为；2174-2173（边长267m）为其边名：（3）二维约束平差：267m为其约束平差最弱边相。2259为其最弱点，±2.03cm为其点位中误差；±20.0cm为其限差。从上述情况可以看出，该地区满足了技术要求在像控网精度的指标上。

3、影像预处理

搭载非量测数码相机进行航拍是无人机航摄的系统，但是相机自身的性能有很大的影响对测量精准度。航摄影像畸变差较大在没有经过处理的情况下，而且无法处理后续工作对直接用于空三测量而言。因此，进行空三加密前的影像，首先要改正它的畸变差。在无室外与室内高精度检校场的情形下，往往所提供的鉴定报告是根据非量测数码相机而定的，使校正模块对影像进行畸变差改正是通过利用DPGrid系统内的小像幅影像畸变差来改正的。

4、空中三角测量

4.1空三加密经过像点连接、像控点测量、平差计算

（1）在量测外控点时，首先量测像控点测区四周的6个以后再进行平差，另外的像控点就可以找到大概位置达到快速量测旳目的，通过所预测的功能来完成。专业人员来进行外控点的量测，再找其他专业人员进行检查。（2）提供的实测高程点检测空三加密精度和提升空三加密的整体精度是通过应用外业工序实现的。（3）平差解算是量测完后进行的最后环节；第一步：通过放大物方标准方差权，来消除粗；第二步：把物方权重逐渐提高，使粗差被完全探测出来：第三步：强制平差恰当的权值。

4.2区域网空中三角测量

根据连接点（加密点）的影像坐标以和少量地面控制点的影像坐标及其物方空间坐标，通过平差计算，求解影像的外方位元素和连接点的物方空间坐标，称为区域网空中三角测量。空三测量提供的平差结果是影像后续处理与应用的基础。

5、DEM、DOM制作

5.1DEM制作

第一，依据空三加密的成果，对无人机航。第二，三维离散点被系统自动匹配，获得摄区的DSM。第三，获得DEM是经过自动滤波实现的。虽然自动匹配由DPGrid系统实现了，但是因为人工地物的影响和现实地物的复杂性（如阴影、树木、水体），所以为了提高DEM的精度，在实际生产中才需要对DEM进行人工编辑。由于原始航片进行纠正的基础是DEM，为了保证DOM的精度只有准确的DEM才能实现。

5.2DOM制作

DPGrid系统全自动生成DOM主要包括：DEM数据处理、影像匀光匀色处理、DOM纠正处理、色调均衡处理以及DOM镶嵌处理。系统生成的初步DOM结果，还要经过人工编辑，对初始DOM成果进行颜色和几何处理，才能真正满足对DOM成果的要求。

6、1：2000地形图制作

第一，将DOM进行校正要通过配合DEM来完成；第二，将区域地图拼接生成完整的地形图；第三，通过VirtuoZoNT软件将区域整体导入到行测图中，从而形成最后的地形图。依据采集的地貌要素、地形图图式进行地物和规范航空摄影测量的内业。通过已有的测图数据与图纸，外业调绘人员进行实地补测、修测、调绘等工作。

7、无人机航摄影像成图精度分析

获取某摄区外业检查点的坐标数据是采用GPS快速静态方式进行的。抽查了4幅图，共83个检査点在某块树片区域。把这些外业检查点的图上坐标和实测坐标来做一个对比，并且把两组高程差值和坐标计算出来。计算出每个检查点的平面中误差是依据点位中误差的公式所进行的。通过计算的整理，0.72米为某片区地物点平面点位中误差；0.69米为其高程中误差。绘制点位误差分布图是依据点位中误差计算结果而完成的。更直观的反映了每个检查点的误差分布情况的是点位误差分布图。绝大多数点位误差分布在0—0.8米之中是可以从点位误差分布图中看出来，满足1：2000地形图的要求是从它的平面精度儿实现的。另外，我们将已有的1：2000地形图数据和影像数据制作的地形图在CASS中进行准确的套合比较。

8、结语

由于无人机摄影测量技术的完善与发展，己经有大量试验可以满足1：2000地形图的要求，并通过无人机测绘地形图的精度表明。无人机在大比例尺地形图的测量工作，包括像片控制、空中三角测量、影像预处理、DEM/DOM制作、航空摄影、无人机航摄影像成图精度分析和地形图制作等，相信对从事的相关工作能有很大的益处。

参考文献：

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[2]竹林村.几种低空遥感系统对比分析[J].城市勘测，2009（3）：65-67.

[3]姬渊，秦志远，王秉杰，等.小型无人机遥感平台在摄影测量中的应用研究[J].测绘技术装备，2008，10（4）：46-48.