无人机航摄系统测绘大比例尺地形图应用分析

杨忠涛

摘 要：无人机是在20世纪70年代所诞生的，早期主要是应用于军事活动，后来其技术逐渐应用到了科研与民用领域。在测绘领域中引用无人机技术，并将无人机技术与航空摄影测量技术结合，加上非量测数码相机的发展，成为了测绘领域发展的一个新方向。无人机航摄技术在测绘领域应用过程中具有简便、灵活以及经济等特点，因而这种技术逐渐受到了测绘领域的广泛关注。该次主要针对无人机航摄系统在测绘大比例尺地形图中的技术路线进行分析研究，同时针对无人机航摄系统的测绘成果进行评估分析。

关键词：无人机 航摄系统 测绘

中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（c）-0062-02

大比例尺地形图的传统测绘过程中，主要是采用静态GLASS测量技术，先布设首级控制网，接着采用GLASS RTK与全站仪结合来进行碎部测量。传统的测绘方法是测绘人员到达各个测绘点，逐点采集数据进行测绘，不仅进度缓慢，部分险峻的地形难度也很高。随着科学技术的不断发展，无人机航测是一种新型的低空遥感监测技术，具有灵活性强、精准度高、成本低以及操作简便等优点，对于多云、多雾以及人力难以到达的地区，采用无人机航摄技术能够更方便、准确地完成地形的绘制，因此，这种技术也逐渐成为了绘制大比例尺地形图的重要技术之一[1]。该次主要对无人机航摄系统的测绘特点以及在大比例尺地形图中的测绘方法进行分析，希望对我国的测绘工作有所帮助。

1 无人机航摄测绘的特点

1.1 像幅与基高比小

在传统的航空摄影中一般都是采用23 cm×23 cm与18 cm×18 cm两种规格的胶片，胶片的大小与像幅有直接联系。无人机航摄系统中所使用的是非量测数码相机，这种数码相机的像幅大小通常仅为36 mm×24 mm，因此，在采用无人机进行航摄工作时，像幅与基高比都会变小。同时因为数码相机所拍摄的像幅比较小，要拍摄完整体需要测绘的区域一般需要拍摄的量比较大，所以，在图片处理过程中的工作量也会增大很多。

1.2 姿态不稳定

无人机在进行航摄作业的过程中，容易受到气流的干扰，姿态不够稳定。在传统的航空摄影中一般是采用大型的飞机，大型飞机在飞行过程中不容易受气流的影响。在相同的天气状况下，传统航空摄影的姿态角一般在30 °以内，航向的重叠度一般能够达到60%，并且旁向的重叠度也只是达到30%。在小型无人机进行航拍的过程中，姿态角一般能够达到100 °甚至更大，为了保证航摄的质量与图像的精准度，必须要航向的重叠度增加，一般航向的重叠度要达到70%～85%，而旁向的重叠度也要达到33%～55%[2]。

2 技术路线

2.1 航空摄影

采用无人机进行航空摄影的过程中，需要硬件设备、影响处理系统以及信息分析系统，其中硬件设备主要包括无人机飞行平台、无人机的飞行控制装置、地面监控系统、遥感任务设备、姿态采集系统以及任务设备稳定装置等；影像处理系统主要包括DEM、DOM以及影像数据处理系统等；信息分析系统主要包括数据的提取分析、数据的管理与检索等。在航拍时根据项目的相关要求以及成图的比例尺来确定地面法分辨率，然后确定无人机的航高进行航摄作业。

2.2 像片控制

在无人机航摄测绘大比例尺地形图的过程中，像片的控制是其中的重要步骤，一般像控点在航线上需要进行10～15条基线来布置，而旁向方面则安排2～4条基线进行布设。通过布设像控点便能够控制成图的范围，避免出现漏洞。在布设像控点的过程中尽量安排在航向与旁向中有5～6张的重复像片内，布设结束后要绘制出相应的布点示意图进行保存。在像片控制过程中，还需要进行像控点测量。像控点坐标的测量一般可以使用全站仪或者RTK等仪器来进行测绘，根据地形图的测绘要求来控制像控点的精度。

2.3 图像预处理

无人机在航摄过程中所使用的数码相机像幅比较小，因此需要良好的图像预处理技术才能够保证测量的精确度。一般没有经过处理的航摄影像畸变差都比较大，这些图片很难在后续测量处理工作中应用。在对拍摄的影像进行空三加密前需要进行相应的预处理来调整影像的畸变差。一般情况下都是无人机平台上的数码相机鉴定报告，采用DP Grid系统来调整影像的畸变差，DP Grid系统内存有小像幅影像畸变差校正模块，能够快速调整无人机所拍摄的小像幅图片畸变差[3]。

2.4 DEM与DOM制作

DEM的制作主要是根据预处理后的图片对无人机航摄的原始影像进行重样采集先生成核线影像，接着DP Grid系统会对三维离散点自动匹配而生成航摄区内的DSM，将DSM自动滤波之后就能够生成DEM，刚生成的DEM会受到实际地形物以及人工操作的影响，实际的地形中包含了水体、树木以及其他的阴影部分，因此还需要对DEM进一步人工编辑来提升DEM的精准度。

DOM会在DP Grid系统中自动生成，一般DP Grid系统会将得到的DEM数据进行处理，接着进行影像匀光与匀色处理、色调均衡处理、DOM镶嵌处理以及DOM的纠正处理，最后系统会自动生成初步DOM。系统自动生成的DOM還需要经过人工的进一步编辑，比如DOM中的颜色需要根据实际情况进行调整，相关的线条也要经过相应的几何处理，最后根据人工编辑处理后的DEM来纠正DOM，从而完成整个航摄区域的地形图绘制。

3 实例分析

3.1 项目概况

该次测绘主要针对山西某煤矿区域完成1∶2 000的地形图更新测量，并且需要完成生产矿区内1∶5 000的正射影像图以及DEM，矿区的面积为20.981 4 km2，测绘的面积需要往外扩大200 m，因此测绘的总面积为25.668 km2，项目按照国家统一的测绘标准完成。

3.2 影像成果

通过对该地形采用无人机航摄系统的相关技术路线测绘后，将最终处理后的影像交由专业的技术人员进行评估。通过评估后的结果为，无人机航摄系统所处理后的正射影像非常的清晰，且层次鲜明、反差适中，影像的色彩鲜艳且均匀，与实际地形中的地物色差层次基本一致，满足了地形图测绘中影像的标准要求。

3.3 地形图成果质量

在该次的无人机航摄过程中，主要是采用高程二次定向来完成航摄，这样可以控制高程误差、提升航测的精度。通过相应的技术人员对绘制的地形图评估发现，地形图中的高程点位与数量都符合标准，且表达也很准确，地形图精度统计如表1所示，绘制地形图的平面与高程精度全都符合1∶2 000的地形图要求。

4 结语

随着我国科学技术的不断发展，在测绘领域中可以应用到越来越多的先进技术，比如卫星遥感技术、航空摄影技术、计算机数据处理技术以及各种影像处理技术等，这些先进的科学技术不断在为测绘行业注入活力。通过该次的研究可以了解到，无人机航摄系统在大比例尺地形图的绘制中有很大优势，所得到的测绘成果也能够满足地形图测绘的相关要求。但无人机航摄系统在测绘过程中也有一定的缺陷，比如：测绘区域内的地下管道、光缆等隐蔽设施，无人机在航摄时无法提供准确的数据。因此建议在大比例尺地形图的绘制中，可以通过无人机测绘与传统测绘相结合的方式来进一步提升地形图的准确性。

参考文献

[1] 焦旭.航空摄影测量在矿区1∶2 000地形图测绘中的应用研究[J].河北工程大学学报：自然科学版，2015（3）：105-109.

[2] 赖国琛.低空无人机数字航空摄影在大比例尺数字化地形图中的应用[J].科技风，2015（12）：71-72.

[3] 叶子伟.基于无人航摄制作小城镇大比例尺DOM[J].地理空间信息，2015（5）：32-34.