无人机 遥感在大面积1∶500地形图测绘中的应用

杨康州

（中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710000）

1 引言

利用无人机遥感技术进行大比例尺测绘常规有两种方法：其一，DOM 成图法。即首先制作DOM，然后以DOM 为底图进行二维数字化描图，最后开展外业补测调绘编辑成图[1]。其二，立体像对采集要素成图法。即首先进行空三加密，定向建模建立立体像对，然后在内业立体环境下采集要素，最后再进行外业补测调绘编辑成图[2]。常规方法在大比例尺要素采集母线图的过程中，定位精度不高，地物要素采集不全，外业补测工作量比较大。因此，本文提出一种基于无人机倾斜建模二三维联动技术的大比例尺地形图测绘方法，提高测制精度，减少外业补测工作量，提高工作效率[3]。

2 无人机倾斜建模二三维联动技术的流程和原理

2.1 测绘原理分析

在设计大面积1 ∶500 地形图测绘方法之前，需结合无人机遥感技术构建倾斜模型，并利用二三维联动技术设计整体的图像测绘流程[4]。首先，针对测定的范围与需求，布设像控点，利用多视角摄影技术，设定无人机的分辨范围，并综合拍摄需求，计算出地面透视分辨率，具体如公式（1）所示。

公式（1）中：U表示地面透视分辨率，δ表示像控距离，Q1表示预设透视范围，Q2表示实际透视范围。利用得出的地面分辨率，划定测定区域，依据1∶500的测绘比例，采用无人机倾斜摄影三维测图的方式，随着像控点的布设描述地形，设定具体的分辨原理，具体如图1 所示。

图1 多视角摄影透视原理

根据图1 完成对多视角摄影透视原理的设计与调整，在此基础上，结合无人机遥感技术设计1∶500 地形的动态化倾斜建模原理[5]。设定倾斜航拍摄影旁向覆盖度，一般需控制在92%以上，且1∶500 的测绘比例也要求航摄重叠度在70%以上。利用二三维联动技术，搭配EPS 软件，设计地形图测绘的倾斜建模，并构建模型的执行原理，具体如图2 所示。

图2 倾斜建模结构

根据图（2）完成对倾斜建模结构的设计。同时，在标定范围内，进行建模匹配，利用无人机遥感技术，根据像控点布设情况，进行测绘的多范围匹配，并计算出倾斜重叠度，如公式（2）所示。

2.2 测绘流程设计

根据上述测绘原理，结合无人机遥感技术，采用倾斜建模的二三维联动技术绘制地形图[6]。首先利用专业设备获取基础的测绘数值及信息，依据测定范围，进行像控点的基础布设与划定，在不同的视场角和倾角范围内，调整飞行高度。当无人机起飞时，扫描对应区域，完成试飞、调试后，将航摄时间控制在10 时至15 时内，确保光照度合理，对区域1 进行地形图测绘[7]。利用二三维联动技术进行地形图的模糊绘制，具体如图3 所示。

图3 二三维联动技术地形图模糊绘制

公式（4）中：F表示定点误差，φ表示测绘限差，τ表示联动距离，m表示定位坐标差，n表示节点数。通过上述计算，最终得出实际的定点误差，利用EPS软件，进一步细化地形图的细节位置，完善模糊区域，采用遥感技术进行侧向边缘化标记，形成完整的测绘结构，随着需求的变化，结合测绘模型，不断调整相关数值，完成测绘流程的设计，具体流程如图4 所示。

图4 地形图测绘流程

3 与常规技术实验对比分析

本次主要是对无人机遥感下大面积1∶500 地形图测绘方法的实际应用结果进行分析与研究。考虑到最终测试结果的稳定性与可靠性，需要采用对比的形式展开分析，同时设定传统多元数据融合测绘小组、传统全站仪大比例测绘小组以及本文设计的无人机遥感测绘小组。这三种测试方法均需要在相同的测试环境下进行，最终对得出的测试结果进行对比分析。

3.1 本流程与常规技术的精度对比

首先，针对本次测试的需求及标准，简要搭建相应的测试环境，选择A 地作为测试的主要目标对象，依据1∶500 的测绘比例进行核定测算。采用CW-10C型号的无人机测定，并搭配对应的遥感技术，无人机内部结合四旋翼布局，所搭载的设备通常可以获取0.03m ～0.25m 之内的分辨率影像，一定程度上为1∶500 地形图测绘奠定基础。目标对象如图5 所示。接下来，设定无人机测试的技术参数，具体如表1 所示。

图5 目标对象

表1 无人机技术参数设定

根据表1，可以完成对测试结果的分析与研究。完成无人机的调整之后，结合A 地的地貌和地势环境，进行测绘航线的规划，并在标定的位置布设监测节点，完成测试环境的搭建。基于本文方法对目标对象进行地形图绘制，具体如图6 所示。

图6 目标对象地形图绘制

为了验证本文方法的有效性，采用传统多元数据融合测绘小组、传统全站仪大比例测绘小组和本文提出的无人机遥感测绘小组，对1∶500 地形图测绘精度进行对比分析，对比结果如图7 所示。

图7 1∶500地形图测绘精度对比结果

由图7可知，无人机遥感测绘小组进行1∶500地形图测绘的精度最高可达100%，传统多元数据融合测绘小组进行1∶500地形图测绘的精度最高达70%，传统全站仪大比例测绘小组进行1∶500地形图测绘的精度最高达88%。本文提出的无人机遥感测绘小组开展1 ∶500地形图测绘的精度最高，测绘效果最好。

3.2 本流程与常规技术的效率对比

完成精度测算后，结合测试流程，需要进行效率的对比测验。注意将A 地布设的15 个检查节点开启，将所获取的数据依据特殊格式逐一传输至控制系统，利用无人机遥感技术下达对应的测绘指令，结合1∶500的测绘比例，将A 地划分为4 个测绘描述区域，测定无人机对地形图策划的时间，先利用EPS 软件对15 个检查节点进行搭接，再利用二三维联动技术进行测绘建模，最终得出测绘结果并对比分析，具体如表2 所示。

表2 测试效率对比分析

由表2 可知，经过三种测试方法的对比，本文设计的无人机遥感测绘小组最终得出的测绘时间均在1.5s 以下，与常规技术相比，测绘效率相对较高，具有实际的应用价值。

4 结束语

本文对基于无人机遥感的大面积1∶500 地形图测绘方法的实际测验结果进行了分析研究，与传统测绘模式对比后发现，无人机遥感技术的应用一定程度上可进一步扩大测绘范围，同时在1∶2000 区域能确保测绘的精准度和可靠性，进而提升整体工作效率。另外，二三维联动技术与倾斜建模相结合，能够对地形作出精准描述，为后续的测绘、核定提供理论参考。