基于無(wú)人機(jī)航攝的大比例尺數(shù)字化地形圖測(cè)繪研究

汪選濤+劉乃文+范忠禮

摘 要：在本文研究中對(duì)無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪作業(yè)過(guò)程中，基于大比例尺地形圖應(yīng)用情況進(jìn)行了研究和分析，著重對(duì)大比例尺地形圖環(huán)境中無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪的應(yīng)用狀況進(jìn)行的了解。而在本文研究中根據(jù)新疆地區(qū)某區(qū)域大比例尺地形圖應(yīng)用情況進(jìn)行分析，為無(wú)人機(jī)低空航攝數(shù)字成圖提供參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪；大比例尺地形圖；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.146

1 前言

無(wú)人機(jī)以其靈活性、機(jī)動(dòng)性的特點(diǎn)在諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，尤其現(xiàn)代低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，使得其在測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)揮更加重要作用。本文研究中會(huì)以某地區(qū)大比例尺數(shù)字化地形圖測(cè)繪進(jìn)行深入研究，以期望對(duì)無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪大比例尺地形圖的應(yīng)用流程進(jìn)行系統(tǒng)闡述與應(yīng)用分析。

2 無(wú)人機(jī)航攝概述

目前，國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)的類型主要有旋轉(zhuǎn)翼類、固定翼、氣球型這幾種。而每種無(wú)人機(jī)的使用都會(huì)根據(jù)所處的環(huán)境而應(yīng)用合適的無(wú)人機(jī)，以達(dá)到最佳航攝測(cè)繪目的。對(duì)無(wú)人機(jī)（UAV）技術(shù)進(jìn)行了解，其與人工操作方式相比不單單在效率上有了提高，還所具有諸多優(yōu)勢(shì)，如易于攜帶、具有靈活性、分辨率高等特點(diǎn)。而大比例尺的測(cè)繪任務(wù)就是對(duì)地面測(cè)量范圍相對(duì)較小，一般保持在10km?左右，所以對(duì)無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪技術(shù)要求較高，不但要求精準(zhǔn)度高，且所航攝的影像也更加清晰。[1]因此，通過(guò)無(wú)人機(jī)進(jìn)行大比例尺地形圖的測(cè)繪工作尤為合適。

如從理論上來(lái)分析，因無(wú)人機(jī)在空間分辨率上滿足了大比例尺地形圖測(cè)繪的要求，但是在實(shí)際操作方面仍沒(méi)有相應(yīng)的成圖技術(shù)給予支持。并且，對(duì)國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)技術(shù)硬件情況應(yīng)用情況進(jìn)行了解，大多還是依靠國(guó)外進(jìn)口所應(yīng)用。而在軟件方面也不不夠成熟，經(jīng)常性會(huì)存在一定故障問(wèn)題，嚴(yán)重影響了無(wú)人機(jī)的正常使用。[4]即使在環(huán)境狀態(tài)好的情況下進(jìn)行無(wú)人機(jī)作業(yè)，且以1：1000地形圖進(jìn)行航攝測(cè)繪仍存在一定困難，更多航攝測(cè)繪工作仍是在平原地區(qū)所進(jìn)行，而在起伏高原地區(qū)則不能完全進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。

3 數(shù)據(jù)采集和處理

本文無(wú)人機(jī)航攝區(qū)域，盡管存在地形起伏，測(cè)區(qū)建筑物最高程為110m，最低點(diǎn)高程約-5m，完全滿足無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪任務(wù)。

（1）測(cè)量之前準(zhǔn)備工作。在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量之前要將準(zhǔn)備工作考慮齊全。如對(duì)所要測(cè)量的平面和高程控制測(cè)量情況進(jìn)行確認(rèn)，要在所測(cè)繪區(qū)域內(nèi)布置GPS控制點(diǎn)，且所控制的區(qū)域要呈三角網(wǎng)狀分布。

而在布置好GPS控制網(wǎng)之后要對(duì)坐標(biāo)系中找準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)，且能夠?qū)Ⅻc(diǎn)位三維中誤差控制在2.5-4.5mm之間；對(duì)GPS控制點(diǎn)的應(yīng)用上可以采取二等幾何水平技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)，以作為水平控制網(wǎng)進(jìn)行測(cè)定。而對(duì)水平情況進(jìn)行安排之后要對(duì)高程誤差進(jìn)行控制，且也要保持在0.1-0.9mm范圍之間，以此能夠滿足大比例尺地形圖的測(cè)繪工作。

（2）無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集和處理流程。無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程中所攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)如何采集，以及如何通過(guò)流程進(jìn)行快速處理則是要嚴(yán)格按照流程進(jìn)行的。首先，進(jìn)行測(cè)繪之前要進(jìn)行成像控點(diǎn)的布設(shè)，且能夠根據(jù)所布設(shè)的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確航攝測(cè)繪。[2]一般情況下，進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)的控點(diǎn)布置可以將正方形木板（尺寸控制在50cm左右即可），通過(guò)噴射“十”字之后放置于控點(diǎn)位置，以此能夠在無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪中找準(zhǔn)控點(diǎn)；或者直接在控點(diǎn)位置噴射“十”字，也可以達(dá)到無(wú)人機(jī)航攝影像的識(shí)別。而在開(kāi)始進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪之前要對(duì)航高、胖相重疊度、航向重疊度等進(jìn)行設(shè)定，也要對(duì)無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行時(shí)間等進(jìn)行控制，能夠保證無(wú)人機(jī)在作業(yè)過(guò)程中對(duì)整個(gè)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行覆蓋測(cè)量；對(duì)于航高進(jìn)行設(shè)定，一般控制在150m，而實(shí)際飛行之后要根據(jù)地面監(jiān)控電腦對(duì)無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行情況進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)其受到外部影響情況進(jìn)行時(shí)刻了解。而在飛機(jī)飛行階段要架臨時(shí)GPS基站，要保證無(wú)人機(jī)在空中作業(yè)中能夠?qū)崟r(shí)的將航攝測(cè)繪數(shù)據(jù)傳回地面，而地面能夠控制無(wú)人機(jī)在攝像平面精準(zhǔn)度上保持在3cm左右，且在垂直距離上保持在5cm之間。

其次，進(jìn)行業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)處理工作。一般在飛機(jī)結(jié)束作業(yè)之后返回地面，然后會(huì)將無(wú)人機(jī)中的原始影像文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)當(dāng)中，且通過(guò)圖像生成軟件進(jìn)行DOM的處理，能夠以建模的形式來(lái)進(jìn)行密集點(diǎn)云，形成最終的高清成像。最后所應(yīng)用的圖像生成軟件一般會(huì)以投影坐標(biāo)的形式進(jìn)行高清地圖，因新疆地區(qū)海拔本身較高，所以為了能對(duì)地平距歸算到投影面變形過(guò)大的問(wèn)題，可以使用任意帶來(lái)達(dá)到所測(cè)區(qū)域的平均高程平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。[3]并且，在密集點(diǎn)云生成上是根據(jù)地面所傳輸?shù)谋砻鏀?shù)據(jù)所生成，能夠?qū)Ψ课荨⒅脖坏鹊乇頂?shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，且通過(guò)平面坐標(biāo)的方式轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程數(shù)據(jù)。

4 無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪大比例尺地形圖應(yīng)用不足

在應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)繪過(guò)程中并非完全滿足預(yù)期要求，雖然在前期準(zhǔn)備的周全工作，但是在無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行中仍存在諸多不穩(wěn)定因素，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用范圍造成一定制約。因此，將無(wú)人機(jī)航攝測(cè)繪中的大比例尺地形圖應(yīng)用情況進(jìn)行完善，不但要通過(guò)不斷的測(cè)試研究，還要在實(shí)踐中不斷汲取實(shí)際操作的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫曉靜，王春來(lái)，趙蕊.無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)測(cè)繪1：1000大比例尺地形圖精度分析[J].中國(guó)科技信息，2016（20）：43-44.

[2]謝海波.淺析無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)測(cè)繪大比例尺地形圖應(yīng)用及常見(jiàn)問(wèn)題處理[J].低碳世界，2016（07）：44-45.

[3]高志國(guó)，宋楊，曾凡洋.微型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)快速測(cè)繪小區(qū)域大比例尺地形圖試驗(yàn)分析[J].工程勘察，2015（12）：71-75+86.

[4]薛永安，王曉麗，張明媚.無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)快速測(cè)繪礦區(qū)大比例尺地形圖[J].測(cè)繪地理信息，2013（02）：46-48.

作者簡(jiǎn)介：汪選濤（1988-），助理工程師，從事航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)繪、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等相關(guān)管理工作。endprint