低空摄影测量技术在大比例尺地形图中的应用

孙训斌，蔡 威，李 杨

(1.宿迁市公路事业发展中心，江苏 宿迁 223800;2.江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013)

数字航空摄影测量技术是一种新型的测量方法，一般要先搭建无人机倾斜摄影平台，配合空三建模软件和三维立体测图软件等其他软件进行使用。该技术具有机动灵活、快速高效、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等优点。本文以徐州新沂市地形图更新项目为例，介绍了如何利用数字航空摄影测量技术进行1∶1 000大比例尺地形图的测制。

1 无人机倾斜摄影测量系统

1.1 无人机倾斜摄影平台

无人机飞行平台采用的是CW-15垂直起降固定翼无人机倾斜摄影平台，该平台采用固定翼结合四旋翼的复合翼布局形式，以简单可靠的方式解决了固定翼无人机垂直起降的难题，兼具固定翼无人机航时长、速度高、距离远的优点和旋翼无人机垂直起降的功能[1-2]。专门针对大鹏系列无人机研发的工业级飞控与导航系统能够保证无人机全程自主飞行，无需操作人员干预完成巡航、飞行状态转换、垂直起降等飞行阶段。无人机倾斜摄影平台的详细参数如表1所示。

表1 CW-15垂直起降固定翼无人机参数

1.2 空三建模软件

本文研究中的影像数据处理软件采用的是Pix4d Mapper无人机数据与航空图像处理软件，空三建模软件采用的是Inpho摄影测量系统的MATCH-AT全自动空三加密和平差软件模块。Inpho是摄影测量行业内较为领先的摄影测量系统，其MATCH-AT全自动空三加密和平差模块具有高精度、高效率、高度自动化的特点。处理过程基本实现完全自动化，需要人工设置和干预较少，极大减少了人工引起的误差。在完成空三加密后就可以进行三维模型建立。

1.3 立体测图软件

本文研究中立体测图软件采用的是清华山维公司EPS2016软件，EPS提供了与Inpho系统的数据接口，可以直接调用MATCH-AT的空三加密成果。将所需的空三加密成果、航摄影像、本底数据及测区范围导入到EPS全数字摄影测量工作站进行立体测图，根据航空摄影测量的内业规范以及图式要求完成测区内地物、地貌要素的采集。

2 外业调绘与数据检测

对立体测图采集的DLG要素进行实地调绘、修改和补测，对内业采集的DLG数据进行实地精度的检测[3]。调绘采用的是将立测数据回放成1∶1 000比例尺DLG工作底图，由作业人员进行实地核查。数据检测采用的是GNSS-RTK测量与全站仪测量相结合的方式。

3 实例应用

3.1 测区概况

本实验所选的测区位于江苏省徐州市新沂市主要城市建成区，地势平坦，测区面积67.81 km2。利用CW-15垂直起降固定翼无人机根据测区地形、地貌的特点，进行航摄线路的布设，并在测区范围内布设一定数量的野外控制点用于像片控制和成果质量检查，再将采集到的原始影像、相机检校、航飞数据等进行差分POS解算、影像匹配、空三加密、立体测图、外业调绘[4]，最终实现测区1∶1 000大比例尺地形图测制方法。详细技术路线如图1所示。

本文研究中坐标系统采用CGCS2000国家大地坐标系，高斯克吕格，中央子午线117°，高程系统采用1985国家高程基准。

3.2 航空摄影

由于受测区范围、地形起伏、机载能源的限制等，需要多个架次才能满足任务的需要，因此需要对测区进行航摄分区。航摄分区需综合测区地形和范围、影像重叠度、地面分辨率、相机参数等因素，在分区过程中由于重叠度、分辨率、相机参数等一般都是固定不变的，所以航摄分区主要是考虑测区形状、地形因素的影响。

项目实施过程中，按照如下原则进行航摄分区：

1)航摄分区划分尽量规则，一般呈矩形为最优，方便后期像控点的布设[5]。

2)分区界线的长边方向应与航向的方向一致。

3)相邻分区应有重叠。

4)分区的总范围比测区实际范围要大，保证对整个测区全部覆盖。

5)航摄分区的范围大小适中，无人机起降点距离分区最远点的距离不超过无人机通讯系统允许的最远距离。

航向重叠度达到80%，旁向重叠度达到了70%。航摄分区图如图2所示。

3.3 像片控制

像控点按照能够完全覆盖整个测区，上下布设到测区范围之外，像控点应布设到空旷无遮挡的地方，可以采用地面喷绘油漆作为测量标志。像控点的测量利用GNSS-RTK测量方法，并现场制作点之记以供内业进行刺点进行空三加密使用。像控点布设情况如图3所示。

3.4 解析空中三角测量

空三加密使用Inpho摄影测量系统的MATCH-AT全自动空三加密和平差模块完成。首先用专门的无人机影像处理软件(Pix4D,Inpho的无人机模块等)先计算出影像相对精确的外方位元素和影像畸变参数，并通过去畸变软件去除影像畸变，然后再通过精密的大飞机空三加密模块进行空三加密(见图4)。

3.5 DLG生产

在立体环境下，根据1∶1 000地形图航空摄影测量内业规范以及地形图图式要求进行地物、地貌的采集。采集完成后安排专门的技术人员进行实地调绘、修补测等工作[6]。最终根据EPS-CASS要素和代码对称表，导出dwg格式文件，从而获得最终的地形图成果(见图5)。

3.6 精度检测

在经过外业人员的调绘和编辑、整饰后，即为最终的地形图数据。在出图前，还要进行最重要的一步，即地形图精度检测，包括平面精度检测、高程精度检测。测区共67.81 km2，总体的变化量约21.52 km2，根据《测绘成果质量检查与验收》，由江苏省测绘产品质量监督检验站进行测绘产品的检验。质监站对变化区域分6个区域随机抽取样本26幅，针对这26幅进行详细的图面检查、平面精度检测、高程精度检测，经检验，精度均满足1∶1 000地形图产品要求(见表2～表4)。

表2 绝对精度统计表

表3 相对精度统计表

表4 高程精度统计表

3.7 应用分析

无人机倾斜摄影测量具有高效、智能、专业快速进行数据采集的特点，且精度足以满足1∶1 000比例尺地形图精度要求。工作时只需将地面影像照片传送到从事测绘工作的技术人员进行分析和处理，即可以编辑成需要的测绘产品，极大地提高了工作效率，减轻了测绘工作者的工作量[7]。

4 结论

基于本测区地形图项目，说明数字航空摄影测量技术可以用于生产1∶1 000大比例尺地形图，且适用于多种复杂的地形地貌。相比于传统的测量技术，有着高效、自动、智能、节源等诸多优点，可以大范围推广使用。