低空攝影測量在大比例尺地形圖項目中的應用

李建榕

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

1 引 言

隨著無人機低空攝影技術的不斷發展和成熟，低空攝影測量技術被廣泛應用于大比例尺地形圖的測繪，結合成熟的無人機技術、GPS定位技術、攝影技術等，立足低空飛行，高分辨率影像，高效快捷地完成高精度成圖項目。當前無人機市場飛控平臺種類較多，應用領域較為廣泛，專業級無人機甚至消費級無人機獲取的航攝數據，結合專業航測后處理軟件，以期滿足大比例尺地形圖生產的技術要求。

本文結合已完成項目，簡析正射航拍模式下，基于專業航測后處理軟件，如何快速高效地完成大比例尺地形圖測繪項目，分析無人機航測技術滿足高精度(中誤差≤5 cm)測繪可行性。

2 無人機航測作業流程

利用無人機低空航測技術完成大比例地形圖項目，主要包括前期準備工作、外業航攝及像控點布設測量、空三加密、DLG生產(線劃圖采集、外業調繪、編輯成圖)等步驟，如圖1所示：

3 無人機航測在1∶500地形圖中應用分析

3.1 項目概況

為了較好地進行精度驗證，本次應用測試分別對城鎮居民區和城市超高樓層居民區兩個作業區域進行測量生產及成果研究分析。測區A屬于山地地形，主要為村鎮建筑區域，測區中地物類型以居民地為主，面積約36畝。測區B為福州市某小區，小區樓高33層，面積約360畝。測區范圍如圖2、圖3所示。

圖1 航測大比例尺地形圖生產流程圖

圖2 測區A范圍及像控點分布示意圖

圖3 測區B范圍及像控點分布示意圖

3.2 像控點測量

本次作業方案，采用先布控后航飛的流程進行外業操作，其中外業像控點的布設，根據測區形狀，采用四周按距離均勻布設，內部區域采用稀少布控的方案。測區A共布設7個像控點；測區B共布設9個像控點，點位均選擇地面特征標志，像控點分布如圖2、圖3紅色方框位置所示。像控點測量采用GNSS RTK測量方式，以圖根控制測量方法，現場實測像控點三維坐標。

3.3 外業航攝

實施航飛前，對航飛區域進行踏勘，選擇合適的起降場地，并查看測區地形地貌狀況。為航線規劃和實施航飛做準備。

目前市場中，無人機飛行器搭載相機的類型主要以單反、微單及卡片式相機為主，需要定期進行相機標定，以保證相機參數的準確性和穩定性。根據地面分辨率、航向及旁向重疊度要求，結合相機參數，如焦距、像元尺寸、像幅大小等參數，計算相對航高、攝影基線長度及航間距等飛行參數，完成航線設計。

根據航飛現場天氣狀況，設置ISO和曝光等參數，為了保證航拍數據的質量盡量在風力小于4級情況下完成無人機航拍工作。飛機降落后，提取航飛數據，航攝影像及對應POS數據和差分數據，根據地面基站數據和飛機差分數據計算出影像對應的較為精確位置信息，并完成數據質量檢查。

(1)無人機航攝系統及航飛參數

本文兩個測區分別選用不同類型飛行平臺，測區A使用大疆精靈4RTK(圖4)，搭載相機為FC6310R；測區B采用瑤光垂直起降無人機，搭載相機為Sony rx1rm2(圖5)。

圖4 大疆精靈4RTK

圖5 瑤光垂直起降無人機

測區A和測區B主要飛行參數如表1所示：

航飛參數 表1

(2)航線敷設

因測區A和測區B分別采用兩套航攝系統和不同航飛參數，測區A基于大疆精靈4RTK航攝系統，敷設6條航線，共獲取248張影像，其中有效影像數為233張；測區B采用垂直起降無人機系統，敷設11條航線，共獲取442張影像，其中有效影像數為442張。

3.4 空三加密

本次應用案例中空三加密均使用AT.Pips.Cloud(Pips空三云系統V2.0)完成。Pips空三云系統支持所有框幅式影像數據的解算，能滿足各種無人機數據，能處理旋偏角大、高差大的影像數據，集群式全自動、低誤配率、多模式的空三匹配，無人機影像數據相對定向成果可優于0.3個像素，尤其在已知少量控制點的基礎上，利用飛機自帶RTK、PPK為影像提供較為精確位置信息，用于輔助加密測區的區域網平差計算，完成測區絕對定向工作。

通過Pips空三云系統，完成影像預處理、空三工程組建、同名點提取、相對定向、像控點刺加、絕對定向等空三加密步驟，為后續DLG生產提供可靠空三成果。

3.5 DLG生產

測區經過空三加密之后，輸出高精度空三成果，利用Pips測圖云V2.0系統，在立體像對上進行數字線畫圖采集。按照地形圖圖式要求采集地形等要素。并使用該軟件“扣房檐/快速房檐改正”功能，室內進行立體屋檐改正，并進行樓層注記。最后將外業調繪的數據經內業編輯處理后形成最終成果數據。

充分利用低空航飛影像分辨率高的特點，配合使用Mapping.Pips云系統的內業房檐改正等功能，使得原外業調繪過程中的屋檐寬度、樓層等工作量可以大幅度縮減，同時可以大大提高成圖精度。

3.6 成果精度分析

外業在測區A范圍內選取了83個房角地物點，測區B實測241個房角地物點，作為地形圖平面檢測點，使用RTK布設圖根控制點，利用全站儀實測檢核點坐標。其中測區A檢測平面中誤差為 3.3 cm，最大較差為 8.0 cm，測區B檢測平面中誤差為 3.5 cm，最大較差為 14.3 cm。檢測分析如表2所示，點位較差占比如圖6所示。

點位較差分布表 表2

圖6 點位較差分布占比圖

4 結 語

本文通過對山區農村村鎮和城市高層小區兩個不同類型測區的成果分析，以消費級旋翼機和專業級固定翼無人機為飛行平臺，結合 Pips.Cloud專業航測后處理軟件，驗證說明了無人機航測可以達到高精度(平面中誤差 ≤5 cm)測繪的可行性。通過試驗，得出以下結論：基于無人機數碼航攝及相關的無人機航測處理系統，主要地物界址點平面精度可以達到中誤差 ≤5 cm精度要求。

內業采集只在立體像對下作業，無須建模，采用Pips.Cloud系統-“內業縮房檐”的技術優勢，基于Pips測圖云系統的“扣房檐/快速房檐改正”功能，在立體采集模式下，通過切換相鄰像對，調整光標高度至可觀測建筑物墻面任意高度，光標點擊建筑物墻面，屋檐寬度會自動改正到光標位置。通過以上功能，90%以上建筑房檐無須外業調繪即可內業立體改正，房屋層數及建筑名稱等可直接通過高分辨率的立體影像判讀，大大縮減外業調繪工作量，極大提高工作效率和成圖精度。

綜上所述，本技術方案獲取的產品平面精度可以滿足村鎮地籍、城市規劃測量精度要求，可在高精度的竣工測量、不動產測繪、地籍圖測量等工程測量項目中應用，完全滿足大比例尺地形圖規范要求精度。