基于无人机图像的正射影像图制作研究

摘要：航空摄影测量是当代快速获取地理信息的重要技术手段，传统的测量手段通过全站仪、水准仪、经纬仪以及全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）等测量仪器获取地理数据信息，但这些方式具有生产周期长、工作步骤繁琐、受环境因素影响大、人员需求多、成本费用高等缺点。以贵阳市阿哈湖水库区域测量为工程背景，探讨了基于无人机航空摄影测量的正射影像图制作，精度验证表明，最大点位中误差为0.563，平均点位中误差为0.420，符合平地平面位置中误差0.6m的精度要求。

关键词：无人机遥感数字地形模型数字正射影像图

中图分类号：P237;TP751

ResearchontheProductionofOrthophotoMapsBasedonUVAImages

ZHOUGuiqiang

GuiyangSurveyingandMappingInstitute，GuiyangCity，GuizhouProvince，550081China

Abstract：AerialPhotogrammetryisanimportanttechnologicalmeansforquicklyobtaininggeographicinformationincontemporarytimes.Traditionalmeasurementmethodsobtaingeographicdatainformationthroughmeasuringinstrumentssuchastotalstations，levels，theodolites，andGlobalPositioningSystem（GPS）.However，thesemethodshavethedisadvantages&nbsiajDhM8C9zbS3BYQcTegFQ==p;oflongproductioncycles，cumbersomeworksteps，highenvironmentalfactors，highpersonneldemand，andhighcost.TakingthemeasurementoftheAhaLakeReservoirareainGuiyangCityastheengineeringbackground，thispaperexplorestheproductionoforthophotomapsbasedonunmannedaerialvehicle（UVA）aerialphotogrammetry.Theaccuracyverificationshowsthatthemaximumpointmeansquareerroris0.563，andtheaveragepointmeansquareerroris0.420，whichmeetstheprecisionrequirementof0.6minflatgroundposition.

KeyWords：UAV;Remotesensing;Digitalterrainmodel;Digitalorthophotomaps

近年来，全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）、激光雷达以及无人机等现代测量设备发展迅速，促使地理空间信息数据的采集手段更加多样化、高效，成本也更低[1]。其中，无人机（UnmannedAerialVehicle，UAV）作为高效灵活的新型遥感平台，能够搭载各种传感器对目标地区采集高分辨率的数据，特别是对于车辆和人员无法直接到达的危险区域，可大大减少外业数据采集工作的成本，提高作业效率和作业的安全性[2]。

数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap，DOM），是将航摄相片或遥感影像（单/彩色）扫描处理后，经逐像元辐射改正、微分校正、镶嵌，再按一定的图幅裁切、图廓整饰，生成以栅格数据形式存储的影像数据。DOM具有地形图的几何精度和影像特征，相较于传统的符号化地形图，有着信息丰富、精度高、空间分辨率高、图案特征真实直观、现实性强等优点，从中可提取出自然信息和人文信息，并以此为基础派生出新的产品和信息。DOM作为摄影测量的重要产品，被广泛运用到各领域中。随着技术发展，DOM在越来越多的领域都有很高的应用价值，在城市建设规划、灾害监测、生态变化监测、土地利用、海岸线保护、地理国情普查等领域中都发挥了重要作用[3]。

1测量区域与数据获取

1.1测量区域

本次测量范围涉及贵阳市阿哈湖水库区域，总面积约112km2，位于北纬26.45°～26.58°，东经106.548°～106.68°之间。

1.2已有资料分析与利用

（1）项目区内国家C级控制网控制点4个（H093、H066、H086、H079），可以作为像控点起算联测点。

（2）收集的已有全国30m格网通用数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM），作测区航线规划。

（3）近年来的2m分辨率卫星影像，作为航飞调控与像控布点的参考资料。

1.3无人机数据获取

测量使用纵横大鹏CW-30无人机，该机型为双尾撑布局、后推式油动主要参数固定翼无人机，具有垂直起降、全自主飞行、航时长、速度快、载荷大、结构稳定、可靠性高等特点[4]。

根据本次航摄需要，为满足1∶1000DOM制作精度，相机采用飞思相机IXU_RS1000，飞机飞行相对高度为580m，绝对航高为1740m，地面分辨率为5～7cm，航向重叠70%～81%，旁向重叠45%～64%。

1.4地面控制点（GroundControl Point，GCP）布局

此次航拍区域大，地形地势起伏明显，综合考虑各种软硬件条件因素，采用合并区域进行空三，据此在整个测区内合理进行像控布点与量测，获取最终所需的坐标，提交航飞内业剌点。本次像控采集共计169个，分布情况如图1所示。

2数据处理

数据流程如图2所示。

2.1资料准备

在对任务范围航拍之后，获得初始格式为JPG影像和经纬度格式的相片高精度位置与姿态测量系统（PositionandOrientationSystem，POS）数据，以及收集的其他相关的资料。在进行空三处理之前，根据地形资料和飞行POS数据对空三加密区域进行统筹安排和预处理，综合考虑各种影响因素，将各架次数据进行整理分类，对3个架次数据进行合并。然后据此对各个分测区原始影像进行格式转换，畸变差纠正，金字塔处理。

对其他地形资料、影像资料和像控资料进行整理，坐标转换。根据空三测区的划分，对这些资料统筹安排。

2.2空三加密处理

根据像控资料以及航拍实际情况，对测区进行合理的划分，为了保证后续拼接精度，分区之间必须要有足够的重叠区和像控点位分布。逐一对各个分测区进行内定向、相对定向，建立测区内各个相片之间的连接，在自动匹配过程中，需要人工添加一些相片连接点，以增强相片之间的连接强度。

完成自动匹配，各个分测区的自由网就成功建立了，因而可以根据外业像控资料进行下一步的操作，即像控内业转刺。将刺点过程划分3个步骤：第一，对原始像控相片和刺点片进行对比，对两者不一致或位置模糊的像控进行外业检核并重新拍照和刺点；第二，内业刺点人员相互检查刺点，对刺点位置不一致的测区和像控点位上交技术主管，待技术主管或外业人员确认后，返回内业确认或重刺；第三，设定像控限差，对测区进行区域网平差，对误差超限的像控进行调整和确认，直至误差满足规范限差要求[5]。

内业转刺完各个分测区所有像控点后，分别对各个分测区进行平差，输出空三加密成果，同时统计各分测区定向点中误差以及公共点定向中误差。对于中误差超限的分测区，逐步核查，各环节都检查一遍，逐一分析引起中误差超限的因素，并最终排除影响因素，使所有分测区的中误差都在规范要求之内。

2.3DTM/DEM生成及编辑

空三加密完成后，就可以通过空三加密成果生成数字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）或点云，而DTM或点云是制作DOM必不可少的要素。根据分测区的地形地势情况，选择合适的DTM类型以达到正确反映实际地形的高精度的数字地形模型[6]。

根据测区的地貌实际情况，逐一对各个测区生成的DTM进行编辑，并把DTM编辑成果输出，即获得测区范围的DEM成果，最终使得DOM正确反映当地实际情况。

2.4生成数字正射影像DOM

导入空三成果恢复立体模型，利用系统的自动匹配功能，生成高精度的数字表面模型（DigitalSurfaceModel，DSM），并设置参数进行保留山体、去除房屋、提取水域等，同时导入采集的特征点、线文件，对DSM进行修正得到反映地面特征的DTM数据。

对DTM进行编辑，输出DEM成果，然后利用DEM成果对原始影像进行正射纠正，获得单片正射纠正影像，通过镶嵌软件自动生成镶嵌线，并叠合影像对镶嵌线进行必要的编辑，使得其不切割人工建筑物或桥梁，然后对整个测区的模型正射影像进行无缝拼接，对测区DOM进行调色处理，之后按照项目技术要求进行1∶1000分幅裁切、图廓整饰，形成标准分幅的DOM数据成果。

3精度评价

在测区范围的均匀选取一定数量的、不同地形地貌条件下的明显地物点，分别按外业控制点精度要求测量其实地坐标和DOM图解坐标，获取中误差以对DOM影像质量进行评价，如表1所示，最大点位中误差为0.563，平均点位中误差为0.420，符合《基础地理信息数字成果1∶5001∶10001∶2000数字正射影像图》（CHT9008.3—2010）平地平面位置中误差0.6m的精度要求。

4结语

以贵阳市阿哈湖水库区域测量为工程背景，探讨了基于无人机航空摄影测量的正射影像图制作，精度验证表明，最大点位中误差为0.563，平均点位中误差为0.420，《基础地理信息数字成果1∶5001∶10001∶2000数字正射影像图》（CHT9008.3—2010）平地平面位置中误差0.6m的精度要求。

参考文献

[1] 李红林.ADS100影像数据制作DOM技术探讨[J].经纬天地，2023（2）：80-83.

[2] 陈颖.基于无人机倾斜摄影的TDOM生产制作研究[J].测绘与空间地理信息，2022，45（8）：242-244.

[3] 王瑾.低空免像控无人机测制大比例尺DOM应用中关键技术研究[D].西安：长安大学，2021.

[4] 贺海明，杨溪浩，林用智，等.一种DSM提取及TDOM生产的新方法[J].西华师范大学学报（自然科学版），2022，43（2）：225-231.

[5] 吕海扬.基于车载LiDAR与无人机DOM构建智慧园林数据库方法研究[D].连云港：江苏海洋大学，2022.

[6] 王卫.垂直起降固定翼无人机航空摄影在TDOM制作中的应用[J].江西测绘，2020（4）：17-20.