大比例尺地形图制作中无人机航测技术应用探讨

万飞

摘 要：随着科学技术的不断发展，无人机航测在快速获取小区域高分辨率影像方面具有明显优势，其优势是成本低、速度快、分辨率高等，因而可广泛用于大比例尺航测成图。本文从实用的角度出发，以美丽乡村项目-安徽省桐城杨树村污水管网规划设计项目为实例，将无人机航测技术应用在大比例尺地形图生产的作业流程进行了分析，分析了DOM、DSM、DEM及三维模型的生成方法，运用外业实测数据监测了最终成果DLG的精度情况，最后对无人机航测技术在大比例尺地形图制作中的应用作了总结。

关键词：无人机;航测技术;三维模型，精度

中图分类号：P231;P285 文献标识码：A

0 概述

国家建设，测绘先行，当前我国各类基础设施建设如城市改造、道路桥梁设计、农村宅基地确权、工程项目精细设计等对1：500或1：1 000大比例尺地形图需求日益增大，随着航测技术的发展，传统人工使用全站仪、GPS-RTK等设备全野外人工采集数据及内业加工处理生产方式逐步被淘汰。由于无人机具有机动灵活、经济便捷等特点，而且能够方便地获取高分辨率影像，因此采用无人机航摄测量大比例尺地形图，成本低、工期短、精度高，能够大幅度减少外业工作量，进而提高生产效率，缩短工期。

1 无人机航摄系统

无人机航摄系统一般由飞行平台、任务装置、地面控制站、发射与回收系统组成，本文中项目测区采用深圳市大疆创新科技有限公司生产的精灵Phantom 4 RTK多旋翼平台，面向低空摄影测量应用，具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用。

特点：

（1）飞行器内置厘米级定位千寻CORS系统，同时支持系统提供卫星原始观测值与相机曝光文件，支持PPK后处理，不受限于通信链路与网络覆盖，作业更加灵活高效。

（2）航测云台模块搭载焦距为8.8 mm，1英寸2 000万像素CMOS传感器相机，地面采样距离GSD=H/36.5 cm/pixelH为飞行器相对于拍摄场景的飞行高度（单位：m）。单次飞行最大作业面积约 1平方公里（飞行高度182 m，即GSD约5 cm/pixel，满足1：500规范要求）。

（3）遥控器内置GS RTK App飞控系统，在航线规划模式下，用户可自行选择无人机的飞行航线，自由调整重叠率、高度、速度、拍摄参数等，作业流程自动化。外业获取的高清影像数据及定位数据，回到内业用Photoscan，Terrasolid，CASS 3D，Global-Mapper等图像处理软件生产。

2 无人机航测作业流程

无人机航测作业流程主要分为外业测量和内业数据处理两大部分。

外业测量包括：

（1）资料收集，确定测区范围。

（2）航摄参数计算及航线规划。

（3）像控点、检查点布设与测设。

（4）无人机影像获取。

（5）外业调绘。

内业数据处理包括：

（1）空三加密。

（2）DOM、DSM、DEM及三维模型生产。

（3）裸眼测图-DLG生产。

（4）数据检查验收。

3 项目概述

安徽省桐城杨树村污水管网规划设计项目，需要1：500地形图测绘，等高距1 m，成图面积约1 km2，0.1 m分辨率的DOM航测面积约1.2 km2。測区相对高差约50 m，测图区域为山区，起伏较大，平面坐标系统为2000国家坐标系，高程基准为1985国家高程基准。考虑到人员资源调动比较大，项目工期紧张，GPS信号容易丢失等因素，因此选择使用大疆精灵4 RTK（P4R）搭配中海达PPK套装进行高精度航测免像控作业。外业1个人即可进行，大大提高了作业效率。

4 实际作业流程

4.1 测区范围航线规划

测区面积为1 km2，因测区地形起伏较大，为避免出现海拔较高的区域因重叠率原因导致空三出现空洞的问题，故航线规划采用仿地飞行模式，航向重叠度设置为80%和旁向重叠度设置为75%，相对飞行高度182 m，地面分辨率约0.05 m，共获取1 272张影像，预计飞行55分钟左右，共2个架次。见图1。

4.2 像控点与检查点布设与施测

本项目共布设6个像控点，6个检查点，同时在手机奥维APP中标记上像控点与检查点，各点采用GPS-RTK连接千寻CORS账号的方式进行像控点与检查点的施测。

4.3 外业航飞

外业航飞完后现场及时下载POS数据，基站数据，检查照片数跟POS数据是否一致，检查照片是否漏片，是否存在质量问题，检查完后转入内业处理环节。

4.4 PPK数据解算，POS数据获取

将获取的各个架次的POS数据（机载端：机载数据文件PPKRAW.bin、拍照点时刻文件Timestamp.MRK）与基站数据（UBase静态文件.GNS）在UAV-PPK软件进行事后差分解算，解算后合并整理成需要的POS数据文件。

4.5 Photoscan空三加密

将获取的照片和POS数据导入Photoscan进行空三加密，检查空三报告判断精度是否达到要求。

4.6 Photoscan建模，点云生产

在Photoscan进行三维建模和点云数据生产，分别输出OSGB格式的文件和LAS格式的点云数据文件。

4.7 terrasolid生产等高线

因为获得的点云数据是根据生成的三维模型得到的数据，所以不需要进行坐标系转换和检校处理，直接进入terrascan模块进行去燥、滤波、点云分类等编辑处理生成DEM文件，从而获取等高线。

4.8 Cass3D裸眼立体采集，编辑成图

在Cass3D中，将获取的OSGB格式的文件生成倾斜模型，然后加载生成的倾斜模型进行裸眼立体采集，采集完后导入获取的等高线进行最后编辑成图。

5 DLG精度检查

通过Photoscan输出模型坐标与RTK实测6个检查点的坐标误差如下表，对比结果完全满足1：500地形图精度要求。

6 问题与分析

在大比例尺地形图的生产中，利用Photoscan进行空三加密避免传统航测的生产方法存在空三加密效率低速度慢的瓶颈问题，传统航测生产DLG是基于正射影像的基础上进行立体采集，采集窗口联动性差，需要佩戴立体眼镜，同时手轮脚盘要相互配合好，不容易上手，培训周期长，建筑物密集区域还需要进行大量的房檐改正等外业调绘工作。在案例中，提出了地形起伏较大区域采用仿地飞行航拍的手段，内业采用Photoscan做空三加密，然后进行三维建模和点云数据的生产。生产的点云数据用terrasolid点云处理软件进行去燥、滤波、地面点分类等编辑生成DEM文件，从而获取等高线，最后用Cass3D进行裸眼立体采集和内业编辑处理成图。这种作业方式上手快，效率高，无需佩戴立体眼镜，减弱立体眼镜对绘图人员视力的伤害，同时也减少了外业调绘工作中房檐改正的环节，也减少了因房檐改正引起的误差。

参考文献：

[1]袁彦玲，吴海锋.无人机航空摄影测量技术在地形测绘中的应用探析[J].工程技术（全文版），2016（9）：276-277.

[2]国家测绘局测绘标准研究所.GB15967—20081：500，1：1000，1：2000地形图航空摄影测量数字化测图规范[S].北京：中国标准出版社，2008.