基于无人机摄影技术在1:1000地形图测绘中的研究与应用

孟凡超

摘要：无人机摄影技术是新世纪以来遥感领域新型的低空测量技术，已经作为一项成熟的测量与遥感技术手段逐渐取得测绘与GIS行业的认可与廣泛应用，为国家农村宅基地确权、应急测绘、现代城市建设等提供了解决方案。本文通过实例验证了基于无人机摄影技术在1：1000地形图测绘中的的可行性，为同类项目的开展积累经验和提供参考。

Abstract： UAV photography technology is a new low altitude measurement technology in remote sensing field since the new century. As a mature measure and remote sensing technology， UAV photography technology has been gradually recognized and widely used in surveying and mapping and GIS industry， providing solutions to national rural homestead confirmation， emergency mapping， modern urban reform and so on. This paper verifies the feasibility of aerial vehicle photography technology in surveying and mapping of 1： 500 topographic map through examples， which can provide experience and reference for similar projects.

关键词：无人机;航空摄影;地形图测绘;应用

Key words： UAV;aerial photography;topographic mapping;application

中图分类号：P217;P231                                文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）12-0146-03

0  引言

近年来，大比例尺地形图测绘的最主要的方法是利用全站仪、RTK等设备来进行数字化测量，使用这种方法的最大优点是全站仪、RTK在国内外的相关技术都比较成熟，成图精度高，且设备采购价格相对便宜，但是这种方法也有着成图周期长、成本较高、需要大量的人力来进行外业测量等缺点。伴随无人机技术的不断发展与更新，无人机摄影技术得到了广泛的应用，利用航空影像测制作地形图的技术也有了质的变化，无论是在成图周期、控制成本、节省人力等方面比之传统测量都有很高的提升。本文以安行虎蝠H-18无人机为例，参考测区的实际情况，介绍了在1：1000测图中应用无人机低空摄影技术的实践过程，并深度分析了该实践过程。

1  无人机平台及传感器参数

1.1 安行虎蝠H-18无人机详细参数

本测区无人机采用安行虎蝠H-18无人机，其单架次作业面积为8km2-20km2，载荷重量为3kg，最大续航时间为100分钟，无中继通讯距离为20km，姿态稳定精度为横滚±5°、俯仰±5°、偏旋±10°，航线控制精度为偏航距±3m、航高差±2m、航迹向差±3°，最大飞行速度为130km/h，抗风能力约6级，爬升角为30°。

1.2 传感器参数

本测区航飞采用宾得645D相机，该相机采用最新的PRIME II影像处理器，有效像素高达4000万，经测试畸变精度更标准。具体参数见表1。

2  基于某测区的无人机航测大比例尺测图实践

2.1 技术设计方案

应选择地势较为平坦地形作为试验区，进行1：1000地形图航空摄影测量，便于满足测绘市场对无人机精度的需求，检验无人机低空摄影对地形图测绘的精度要求。为保证影响质量符合标准，应严格依照相关规范标准要求设计技术方案。为获取更高的影像质量，地面分辨率应为0.05m。按常规方法设计航线，通常在摄区边界线上或边界线外设计平行于测区边界线的首末航线，如此可保证测区边界实际覆盖至少超过像幅的30%。若不影响业内正常加密及测像片控制点布置方便，旁向超出测区边界线不少于像幅的15%，可视为合格。在不影响飞行中航线及姿态的情况下，可适当增加旁向重叠率。

2.2 航线规划

结合测区实际情况，航线设计相机焦距为35mm，相机拍摄间隔为131m，航带间隔为240m，分辨率0.05m，相对航高275m，航向重叠度设置为75%，旁向重叠度设置为55%。大致需要16个架次的飞行，每个架次飞行时间1个小时，无人机航飞线路如图1所示。

2.3 作业流程

①初始化处理：利用航摄后处理软件pix4d导入pos和原始照片进行处理，设置坐标系、相机参数后进行初始化处理。

②刺相控点：在做空三加密时首先要做像控点的刺点，在选定地面像控点之后，要在航摄像片上表示出其具体的位置，这样才能把外业测量的像控点的坐标与像片上的点位对应起来。像片刺点的精度是保证加密之后点位精度的最重要一环，如果刺点不正确，经常会造成内业的返工，从而延误时间。因此在做这项工作时必须要做到判准、刺准。具体操作就是将相控点对照点之记，在照片中刺出，同一个相控点刺点照片不得少于3张，对于位于相控点位于边缘的照片、影像模糊相控点难以分辨的照片可以舍去不刺。

③生成点云模型：通过空三加密过程，若外业像控成果经内业检核无异常，可直接使用外業测量数据提供下工序使用，反之，则需要使用空三加密后的成果资料提供下工序使用，针对空三加密过程中出现的异常情况应及时分析原因并采取应对措施，若在加密区内部发现像控点，可将其忽略。生成正射影像图，同时自动生成点云模型。

④特征点采集：对于贴近地表的地物，如一、二层房屋、道路等，可直接在正射影像图中采集;高程房屋等明显高出地表的地物，可在点云模型中进行采集。详见图2、图3。

⑤高程点采集：高程点可直接在点云模型中进行采集，可批量导出后筛选。详见图4。

⑥符号化：将所有特征点、线导入CASS软件按照规程标准进行符号化，同时自动生成等高线，生成数字线划图。地物、地貌要素的采集按编码分层进行采集分类码执行《1：500 1：1000 1：2000地形图要素分类与代码》GB/T 20257.1-2007。

⑦线划图检查、等高线修整、地物修饰、图幅裁切分幅，制作接图表，出具最终数字线划图成果。详见图5所示。

3  精度检查

为验证无人机辅助测图的的可行性和精度，采用GPS-RTK进行了实地采点检查，均匀选取30个包括可以快速识别的特征点（包括房角，墙角、道路拐角、井盖、沟渠等），经过对比外业检查点实测坐标与图上坐标，计算出每个检查点的平面中误差（详见表2）;同时在实验区均匀实测30个高程检查点，通过等高线内插高程值的方法计算出实测点在被测目标区域内的图上高程，通过对比计算出每个点的高差（详见表3）。根据点位中误差计算公式可算出地物点点位中误差3.98cm，高程点中误差4.20cm。经检测地物点点位中误差小于地形图成图规定的中误差，这说明无人机辅助测图是可行的。

4  结论

随着城市的飞速发展，人们对地形图测绘技术的更新速度和周期提出了更高的要求，更新慢、周期长的传统地形图测绘技术已经无法满足当前社会、经济发展对数字地形图及数字产品的需求。为保证城市经济建设的长远发展，本文在1：1000地形图测绘中利用无人机航摄技术将大量外业工作转移至内业测图，提高了其在地形图测图作业中的效率。该方法在精度、操作、灵活机动等方面都有较大的优势，特别适用于小范围大比例尺的地形图测绘，是传统测绘技术不能相比的，必将全面应用于大比例尺测图。

参考文献：

[1]王佩军，徐亚明.摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2015，7.

[2]胡黎霞，王建军.无人机航空摄影测量技术在大比例尺地形图测量中的应用[J].西部资源，2017（03）.

[3]焦旭，王贺封，张安兵，张兆江.航空摄影测量在矿区1：2000地形图测绘中的应用研究[J].河北工程大学学报（自然科学版），2015（03）.

[4]孙晓静，王春来，赵蕊.无人机航摄系统测绘1：1000大比例尺地形图精度分析[J].中国科技信息，2016（20）.

[5]田超.基于无人机的低空数码航摄系统集成研究[D].西安：长安大学，2014.

[6]陈玲，潘伯鸣，曹黎云.低空无人机航摄系统在四川地形测绘中的应用[J].城市勘测，2016（05）.

[7]梅文胜，周燕芳，周俊.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘[J].测绘通报，2011，2010（01）.