小型无人机在大比例尺地形图测绘中的应用

谢海燕

（上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海市200438）

小型无人机在大比例尺地形图测绘中的应用

谢海燕

（上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海市200438）

近年来，随着技术的进步，无人机航空摄影测量技术在测绘行业中的应用越来越广。以小型无人机在大比例尺地形图测绘中的应用研究为目的，结合生产实践，进行了无人机航测实验。通过对小型无人机测图的流程及关键技术进行研究，并利用外业实测数据对航测精度进行评估，为小型无人机在在测绘领域的应用提供了参考。

无人机；摄影测量；大比例尺地形图

0 引言

航空摄影测量方法是获取较大范围地理信息数据的主要测绘方法之一[1]。随着技术进步，航空摄影测量已广泛应用到大范围地区中小比例地形图测绘中。

相对于传统的全站仪、G P S-R T K等全野外采集方式，航空摄影测量在成图周期、数据采集效率、人力成本方面都有一定优势[2]。但是常规航空摄影测量往往受限于飞行高度、空管调度、起降条件等因素，无法满足小范围大比例尺地形图测绘需求。近年来，随着无人机技术的兴起和发展，为大比例尺地形图测绘提供了新的方向。本文依托于上海某场地测绘生产实践，对小型无人机在大比例尺地形图测绘中的应用进行深入研究。

1 小型无人机系统构造及特点

1.1 系统构造

小型无人机系统主要包括无人机飞行平台，非量测型相机、稳定平台、飞行控制系统、地面站、远程通信装置及地形数据处理软件等[3]。

1.2 系统特点

和传统的航空摄影测量系统进行相比，无人机摄影测量系统具备多方面的显著优点[4]:

（1）方便、快捷。小型无人机受飞行场地限制小，飞行系统在升空上所花的准备时间短暂，操作非常简便，作业方式灵活；且小型无人机不需要申请空域、携带方便。

（2）成本低廉。在平台搭建、维护以及作业方面，成本均较为低廉。

（3）容易获取信息。由于无人机系统飞行高度偏低，可以得到精度高的大比例尺影像，在小范围信息获取方面有着显著优势。

（4）后续处理可靠性强。可根据需求获取高重叠度的影像，增强成数据的后续处理能力[5]。

2 测区概况

本测区位于上海市浦东新区南汇新城镇大治河入海口南侧，东乐路(海堤路)北侧。场地由西侧原杨园道桥有限公司(预制梁厂)及东侧至涵口滩涂组成，南北长约1.8km，东西长约0.18km，面积约0.32km2。由于东侧滩涂为潮间滩，测量人员进入十分困难，因此以小型无人机进行数据采集十分必要。

3 无人机数据采集与处理

本次测量以D J I P h a n to m 3P r o多旋翼无人机作为数据采集平台。数据采集与处理作业流程见图1。

3.1 控制点布测

小型无人机在飞行过程中飞行姿态并不稳定，其记录的P O S信息无法满足大比例尺测图需求[6]。为提高成图精度，本次在测区均匀布设控制点13个。控制点平面坐标采用采用基于上海市G N SS连续运行参考站S H-C O R S系统的G P S网络R T K按三级点测量，控制点高程采用上海吴淞高程系统，采用经区域高程拟合校正的G P S网络R T K进行测量。平面及高程精度均小于±2 c m。为了后期控制点识别，所有控制点均用宝马标志样式靶标进行铺盖。

图1 无人机作业流程图

3.2 影像数据采集

在进行影像采集前先使用D J I G O软件接入无人机进行飞行前指南针校准、S D卡检查、无线传输信号等准备工作，然后采用A lt i z u r e软件进行航线设定。根据测区东西宽，南北窄的特点，将测区沿东西方向分为5个飞行区域，每个区域为一个飞行架次。本次飞行设定航向重叠度为85%，旁相重叠度80%，飞行高度70 m。

航线规划好后采用控制系统放飞无人机，利用其自动飞行模块沿设定好的航线进行影像数据采集，采集过程中通过地面遥控终端实时查看影像采集状况。

3.3 影像数据预处理

飞行结束后将拍摄的像片导出，并根据找出有像控点的照片，每个像控点选择6张照片，保证像控点尽可能在照片中部，减少照片畸变影响。将照片添加到摄影测量自动建模软件，通过查看影像曝光点位置，删除多余影像。将像控点数据添加到软件中后，进行刺点工作，为保证后续处理精度，刺点时尽量选取靶标的中心位置。

3.4 影像数据处理

影像数据处理中的空三解算、点云加密过程皆通过专业摄影测量处理软件自动完成，并自动生成D SM和DO M成果。其中控制点空三解算精度见表1。

表1 空三解算精度

可见解算精度均满足1∶1 000航空摄影测量规范[7]。

DO M和D SM部分成果分别见图2、图3。

图2 DOM

图3 DSM

3.5 地形图绘制

将DO M加载到A r c G I S中，分别建立房子、道路、水泥板、水池、坡、坎等等图层，根据DO M进行分层矢量化。将野外采集的建筑物、道路等地物特征点展绘到A r c G I S中，与摄影测量矢量化的特征点进行对比，并对DO M矢量化的图形进行纠正，得到更高精度的矢量化成果。地物地貌的高程数据采用通过D SM选取及现场测量高程点结合的方式在A r c G I S中生成。最后将所有矢量化成果转换到C A D中，根据数字地形成图要求进行地图整饰，生成D W G格式最终成果。部分地形见图4。

图4 部分地形图

4 精度分析

本次将现场G P S-R T K实测点与对应的影像成图点进行对比，从平面和高程两个方面分析和评估实验精度。其中平面精度评定时为减少人为误差，随机采集了房角、水池角等定型地物的特征点作为对比数据。平面对比精度统计见表2。

表2 平面精度统计表

高程精度分析以现场实测高程点为基础，利用D SM在实测点相同位置提取无人机测图高程点，与实测点进行高程比较。高程精度统计信息见表3。

由表2和表3可知，无人机测图与传统方法采集数据相比，平面中误差为0.180 m，高程中误差为0.221m,而《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图航空摄影测量数字化测图规范》中要求1∶1 000比例尺平面和高程中误差分别为0.6 m和0.4 m，1∶500比例尺平面和高程中误差分别为0.4m和0.4 m[8]。因此本实验条件下满足到1∶1 000测图要求，无法达到1∶500测图要求。

5 结语

本文将小型无人机应用与小范围大比例尺地形图测绘生产实践，并通过传统测量方法采集数据与无人机航测数据进行比较，分析无人机航测数据的可靠性及精度，为小型无人机在在测绘领域的应用提供了参考。实验结果表明，在严格控制无人机航测像控点及飞行条件的情况下，可以基本满足1∶1000大比例尺地形图测图需求。但是通过实验我们也发现，小型无人机由于体积小、重量轻、在飞行过程中极易受外界环境影像而使飞行姿态不稳定，造成成果平面和高程数据变形严重而无法满足生产需求。因此建议一方面要选择合适的飞行条件进行野外数据采集，另一方面要结合传统野外测量方法进行数据改正，以保证成果的精度。相信随着技术的不断进步和成熟，小型无人机在大比例尺地形图测绘领域将具有广阔的应用前景。

表3 高程精度统计表

[1]赵翔.基于无人机航摄DO M生成技术的研究与应用[D].上海:华东理工大学,2015.

[2]钱建彬,王申俊.eBee无人机在大比例尺成图中的应用分析[J].现代测绘,2017,40(1):51-54.

[3]吕立蕾.无人机航摄技术在大比例尺测图中的应用研究[J].测绘与空间地理信息,2016,39(2):116-122.

[4]陈晓珍,潘建明.利用无人机航空像片进行大比例尺测图的探讨[J].资源信息与工程,2016,31(3):122-123.

[5]曲乔新.无人机大比例尺地形图测量技术研究[J].科技资讯, 2015(6):51-52.

[6]高志国,宋杨,曾凡洋.微型无人机航摄系统快速测绘小区域大比例尺地形图实验分析[J].工程勘察,2015(12):71-75,86.

[6]JTG D60－2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[7]GB/T 23236－2009,数字航空摄影测量空中三角规范[S].

[8]GB/T 15967-2008,1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图航空摄影测量数字化测图规范[S]

P22

B

1009-7716（2017）06-0274-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.081

2017-04-09

谢海燕（1983-），男，江西吉安人，工程师，从事测绘工作。