无人机影像制作大比例尺地形图探讨

雷广渊

广州市城市规划勘测设计研究院 广东 广州 510060

正文：

1 引言

近年来,无人机航测技术作为一项空间数据获取的重要手段，越来越受到各界的关注，无人机可以快速获取目标区域的影像信息，通过影像信息的提取相关信息,在土地利用调查、建筑违法监测以及绘制大比例尺地形图有重要意义。低空无人机是高分辨率及高精度遥感影像获取技术，它以无人机为飞行平台，负载数码相机以及机载的GPS、惯导系统、飞行控制系统等，可以实现无人机按设计航线自主飞行。该技术集成了遥感技术、计算机技术、定位差分技术与一体，可以快速获取目标区域的影像信息和位置信息，高分辨

率影像能够达到大比例尺地形图精度要求。本文探讨了利用无人机影像制作大比例尺地形图的方法，提高生产效率，丰富测量成果。

2 无人机低空摄影测量

无人机遥感平台分为空中部分和地面部分。其中空中部分包括遥感传感器系统、空中自动控制系统、无人机;地面部分包括航线规划系统、地面控制系统以及数据接收系统。空中部分的主要功能是规划航线并上传到飞机上的控制器,飞行中监控飞机状态。地面部分主要功能为设计和规划航线,无人机的实时控制与飞行姿态数据的实时接收。无人机则利用无线传输通道将飞行数据传输到地面的控制子系统，地面工作人员可以在地面监测无人机的飞行航线，在必要的情况下，可以根据接收的数据更改本次飞行的计划，例如可以马上进行部分地区的补拍，如遇紧急状况或降落时，可自动切换成手控飞行。

图1 无人机测量原理

3 无人机影像制作大比例尺地形图

无人机通过前期准备、外业实施，获得影像数据，通过外业的相片控制测量，可以将影像坐标系转换到相应的输出坐标系。为了能够顺利的进行矢量化，需要对无人机获得的影像数据进行数据处理，经过空三加密、平差生成正射影像。无人机的数据处理及地形测图流程如下：

图2 无人机作业流程

获取了无人机的正射影像，影像已经是国家标准的坐标系统或者是地方坐标系统，为了更好的进行矢量化，使得矢量化的精度更加准确，加密控制点，使用控制点对正射影像进行影像纠正，纠正后残差在一定范围内方可进行矢量化。

野外调绘及补测。因为无人机获取的影像因为遮挡等因素，造成部分数据信息丢失或者不够清晰，使得成果无法进行矢量化，野外调绘的目的是对无人机影像的数据补充，使得成果能够完整的输出。数字矢量化是将影像纠正后，为了能够生成地形图，需要利用画图软件进行数字矢量化，本文采用清华三维EPS2008进行矢量化，成果如下图

图3正射影像矢量化

4 实验概况

本次实验区域为南方沿海城市，飞行时间选择在冬季，飞行区域地势平坦，无人机飞行范围内有道路、高层建筑物等，海拔-10m-10m，项目飞行相对高度为384米，预设航向重叠度80%，旁向重叠度80%，飞行范围为6平方公里，沿南北飞行了16条航线，共拍摄了500多张影像。

为了提高地形图测绘的效率，充分发挥测绘新技术在生产实践中的应用，在生产中提供多样丰富的数据成果，项目使用无人机技术对道路进行高分辨率的低空摄影测量，通过相片控制测量，空三加密等一系列内业处理，生成广州坐标系下的正射影像。

图4 正射影像与地形图叠加

5 实验结果分析

为了分析无人机影像制作数字化地形图的数学精度，将传统测量方法获得的数字化地形图与影像在arcgis中进行叠加分析，分别抽取每幅图中具有特征点的数据提取进行精度分析的采样点，实验共抽取105个点进行精度统计。结果如表1所示。

表1 精度比较

根据表1显示，平面精度的点位中误差为0.123，多数点位在0.20m之内，其平面精度满足1;2000数字化地形图的精度要求。通过无人机数据获取和线性化的过程分析，可以总结出影响无人机影像制作大比例尺地形图精度的原因：

1、无人机体积小，易受风、天气等的干扰，风速过大，在影像处理过程中，无法对风速等天气原因进行改正，影像有几何变形。

2、投影差的影响。无人飞行高度较低，建筑物等的高度与飞行高度相差不大，致使部分高层建筑物在影像处理过程中不能准确拾取连接点，部分还不能产生正射的效果。

3、数字地形图的精度和矢量化化的精度。 影像在与传统地形图进行精度比较时，需要进行矢量化，矢量化的过程中必然存在人为因素导致的误差。传统的数字化地形图在测量、成图的各个阶段也存在误差。

6 结论

通过工程分析，无人机影像制作大比例尺地形图与传统的测量模式具有明显优势，不仅提高了作业的效率，降低了成本，而且更加丰富了成果，精度满足国家大比例尺地形图的精度要求。因此研究无人机影像制作大比例尺地形图具有十分重要的意义。