无人机航测技术在丘陵地区大比例尺测图的应用研究

石小龙

(龙岩市勘察测绘大队，福建 龙岩 364000)

1 引 言

随着国土空间规划的全面铺开，高精度大比例尺地形图的获取对时效性越来越高，目前主要采用全野外数字化测图、传统摄影测量立体测图、倾斜摄影测量裸眼测图方法等[1]。全野外数字化测图方法缺点[2，3]是外业测量工作量大、内业数据处理复杂和周期长等；传统摄影测量立体测图的缺点是地形高程信息精度较差、成果精度难以控制[4]；倾斜摄影测量裸眼测图的缺点是无法开展茂密森林的等高线绘制等。

本文以倾斜摄影裸眼采编成果为基础，采用立体测图修补的方式，进行大比例尺地形图测绘，最后通过实际项目证明该方法的可靠性、效率等方面都具有应用推广价值。

2 项目区域

龙岩市某个乡镇在编制国土空间规划需要 1∶1 000比例尺地形图，该测区约 5 km2，呈规则矩形，平均海拔 320 m，高低差 110 m，四周均被山体包围，测区有居民地、道路、水系、植被土质、山体等多类型地物。

3 技术方法

无人机技术具有灵活性强、便捷性高等特点，常用于大比例尺地形图测绘项目中，主要包括立体测图、裸眼测图技术。本文主要介绍这两种技术的融合，从外业的航飞、像控点的布设及内业制图处理方面论述。

4 技术融合

4.1 无人机航飞

采用四旋翼无人机搭载双镜头倾斜摄影和复合翼无人机搭载单镜头传统摄影两种不同飞行平台对测区进行航飞，分别获取立体测图及裸眼测图需要的原始数据，两套摄影测量平台参数如表1所示。

摄影测量平台参数 表1

4.2 像控点布设

本文介绍一种典型的像控点布设方案，充分考虑立体测图与裸眼测图对像控点布设的要求，后使用GPS-RTK进行实地测量18个平高点，60个检查点。

传统摄影测量像控点布设方案：采用典型布设方案进行布设[5]，区域周边及中心线布设平高点，在区域边缘，边缘中间及区域中心位置布设形成12点，如图1所示：

图1 传统立体测图像控点布设方案

倾斜摄影测量像控点布设方案：周旺辉等[6]指出四周均匀加少量内部控制的方法为最优布点方式进行布设，本文综合考虑ContextCapture倾斜建模软件的空三加密时照片处理效率(多次测试 4 240万像素的照片约1万张时效率最高)，将测区划分为3个区域，然后进行合并，每个区域均有8个控制点组成，如图2所示。

图2 倾斜摄影测量裸眼测图像控点布设方案

融合像控点布设方案：传统摄影测量像控点布设方案与倾斜摄影测量布设方案进行综合优化，重点优化了传统摄影测量像控点布设方案中的4～9号，同时均匀布设了60个精度检查点，综合布设方案如图3所示。

图3 综合优化布设设方案

4.3 制图技术

常用的内业制图软件有CASS、IData、EPS、DP-Modeler和MapMatrix，综合考虑既能开展传统立体测图工作，又可以完成倾斜摄影测量裸眼测图工作，MapMatrix是目前实现这两种技术最好的软件，所以选择它来进行内业制图处理。

戴洪宝[14]等研究表明倾斜摄影测量技术在高程测量方面精度很高，裸露地表上中误差可达到 6.9 cm；赵喜春[15]研究表明倾斜摄影测量技术在平面测量方面精度很高，不用屋檐改正的情况下可应用在地籍测绘领域。丁涛等[16]研究表明倾斜摄影测量技术更是可以应用在大比例尺测图项目中。本文鉴于多学者的研究，首先，对测区采用MapMatrix软件用倾斜实景三维模型以裸眼测图技术开展测区的房屋、水系、道路及高程点等地物的测绘工作，并对山体上裸露地表的高程点进行采集，完成内业制图的初稿成果。

其次，将Inpho完成的传统摄影测量的空三工程文件导入MapMatrix中，恢复立体像对，导入内业制图初稿成果。因树木等植被覆盖影响，单靠立体测图无法很准确判断实际地表高度。综合依据初稿成果中高程点，在立体像对上完成等高线的绘制，更加保证了山体等高线的精度。

最后，在居民地等区域逐个核实电杆、路灯等小型物体的补测及电杆的连线，完成内业制图的加工处理。

5 结果分析

5.1 精度分析

采用GPS-RTK和全站仪在测区内均匀选择地物地貌，进行采集其平面点和高程点进行精度分析，共采集平面点坐标500个，高程点坐标700个。

通过与线划图进行比对分析，平面中误差 9.31 cm，高程中误差 13.07 cm。根据《1∶500 1∶1000 1∶2 000外业数字测图规程》(GBT 14912-2017)技术规定，在丘陵地区，对 1∶500比例尺地形图的平面精度小于 0.30 m，高程精度小于 0.33 m，本测区成果可以满足 1∶500比例尺地形图的精度要求，如表2所示。

点位误差分布统计 表2

5.2 周期分析

在3个作业组(2人一组)的情况下，将无人机立体测图技术、倾斜摄影测量裸眼采编技术与倾斜摄影测量裸眼技术结合立体测图技术的进行周期上的比较，立体测图技术效率最慢，主要外业工作包括建筑物、植被、高程信息的外业补测及调绘；裸眼测图技术效率中等，主要外业工作主要是植被、山体、部分地物的补测及调绘；裸眼与立体测图技术效率最高，主要外业工作是植被及部分地物的补测，具体如表3所示。

表3

从实景三维模型采用裸眼测图技术完成房屋的绘制，减少了传统摄影测量的屋檐改正补测等内外业工作；传统摄影测量等高线的绘制，在倾斜摄影测量裸露地表高程高精度控制下，解决了等高线无法绘制或精度差问题；传统摄影测量的路灯、电杆等小型物体的可视性较好解决了实景三维模型的电杆、路灯等缺失问题，并完成电杆的内业连线，减少大量内外业工作。

6 结 语

本文通过介绍某个大比例尺地形图测绘项目，详细介绍了传统摄影测量立体测图技术与摄影测量裸眼采编技术的融合方式，形成一种测量房屋、高程点、等高线、电杆、路灯等地物地貌有效的无人机航测技术。项目证明，在满足精度前提下缩短了项目周期。尤其是在疫情下，应减少大量外业时间。