无人机在大比例尺地形图测绘中的应用分析

林坤财

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060）

随着低空无人机航摄技术在大比例尺地形图测绘方面的广泛应用，逐渐推动了测绘技术的革新，测量外业工作逐渐由室外转向室内。无人机轻便灵活、成本相对较低，能够克服地形阻隔，大幅节省作业时间，提升作业效率。通过地面无人机操作平台，实现对无人机航空摄影数据进行快速采集、高效传输，并在保证精度的前提下，快速完成地形图绘制。因此，无人机航空摄影在地形图测绘方面的应用空间相对较大，其生产成果应用更多元化。

1 无人机地形图测绘概述

1.1 无人机摄影测量工作原理与特点

无人机航摄技术是集多项高新技术为一体的测绘地理信息前沿技术，在无人机技术与航空摄影技术的基础上，引入了全球卫星定位技术（GPS）和数据传输技术。工作原理是事先规划好航飞路线与范围，对测绘对象进行影像数据采集，外业数据采集完成后，进行内业处理。

根据影像的内外方位元素进行空三加密，计算每张影像的6个外方位元素，完成空三加密，在此基础上通过建立密集点云，输出高分辨率的航测成果（DOM）。根据航摄成果人工制作线划图，经整饰后形成最终的大比例尺地形图成果。

无人机航摄系统由飞行控制系统、飞行平台与影像传感器三大部分构成。

（1）飞行控制系统主要用于对无人机飞行平台的控制以及任务载荷的管理.

（2）飞行平台指无人机的机体，一般分为旋翼机、固定翼、混合翼等三类。

（3）影像传感器指用于开展航摄的各类传感器等，如单反相机、多镜头的倾斜摄影相机等。

1.2 无人机摄影测量技术优势

无人机摄影测量技术的发展得益于各类前沿技术的高度集成，如应用全球卫星导航定位技术可实现在航测范围内进行航飞路线的精确规划。空中三角测量技术可通过影像内外方位元素反算出区域内的加密点的地面坐标。实时载波相位差分技术可快速获取精确的地面基站坐标。

与传统测量方式相比的技术优势：

（1）工作效率高，降低了测绘人员的工作强度。

（2）机动灵活，无须专业的起降场地。

（3）技术标准相对统一，测量精度可以满足大比例尺地形图精度要求。

2 应用分析

以广州市某村1∶2 000大比例尺地形图测绘为例，选定无人机测绘方案后实施测绘任务。做好各项准备工作后，先根据航飞范围布设像控点，再开展航空摄影测量任务。内业数据处理方面，经数据预处理后，精准计算空中三角测量结果后，生产DEM与DOM等航测成果，基于航测成果、人工绘制地形图并进行精度分析。无人机生产大比例地形图技术流程如图1所示。

2.1 航空摄影

选取自东向西飞行的整体航向，航空摄影地面高度控制在700 m，相对航高控制在650 m，地面分辨率平均0.13 m。满足测绘方案中要求的1∶2 000比例尺的成图标准。

本次航飞选择成都纵横有限公司生产的CW10混合翼无人机，如图2所示。

图2 CW10无人机

2.2 像控点布设

像控点布设包括四个方面的内容，即影像分析、点位选取、像控点测量、像控点刺点。

影像资料分析方面主要分析了航线间隔及旁向重叠度，分别以30%～40%、65%～75%为准。无人机摄影作业区域，航向超出航空摄影区域范围需要控制在3～6条基线。相片的倾斜角度、旋偏角、航线弯曲度，分别小于4°、8°、3%。高度方面，同一条航线高差应在30 m以下。在相片上的实际航线与设计航线之间的偏离范围要求控制在10 cm以内，考虑精度要求，为了从技术层面做到质量有效控制，采用强化加密像控点的方法。具体的操作限定在不规则区域内，针对凹角处进行高程点设置，针对凸角处进行平高点设置。相片位移误差不大于30 m，在像控点测量方面，选择了全站仪配合RTK双频GPS接收机，对本次的像控点进行测量。在像控点刺点方面，刺点误差应保持在相片上0.1 mm以内。

2.3 影像预处理

由于无人机航摄过程中相机的系统误差会对测量精度产生影响，因此需要对影像实施预处理，具体参数需以相机检校报告为准，选择DPGrid系统内自带的小像幅影像畸变差校正模块，进行畸变差改正处理。

2.4 空中三角测量

空中三角形测量主要依据少量的野外控制点，获取加密点坐标以及影像外方位元素，提供更高精度的定向成果，保证数字地形图的数字精度。空三测量通常包括四个流程，即相对定向、模型连接、平差解算、绝对定向。采用Smart3D软件进行全自动空三测量，空三结果如图3所示。

图3 空三加密成果

2.5 DEM与DOM制作

本次在DEM制作时，对成果进行了人工编辑，保障了对复杂实物的细致分析与纠正处理，为DOM制作提供相对准确的数据。自动生成DOM过程中涉及对DEM数据的处理、对影像的匀光匀色处理、对相关色调的均衡处理。在实际开展DOM制作时，需要通过人工编辑方法对DOM进行纠正处理、镶嵌处理，尽量使其色彩与几何特征满足地形图测绘后续的使用需求，生产的DOM数据如图4所示。

图4 DOM成果

2.6 地形图绘制

地形图绘制要求严格按照设计中设置的1∶2 000比例尺，配合DEM制作成果，对DOM校正处理，在清华山维EPS三维测图软件中，基于DOM人工绘制大比例尺地形图。

2.7 影像成图精度分析

本次精度分析中共抽样了占本区域10%比例的4幅地形图，对83个检查点进行了外业检查，地物点点位中误差、高程中误差分别为±0.69、±0.72 m，满足了本次测绘精度指标要求。完成精度检测后，对本次无人机摄影测量结果进行全面复审，确定本次测量数据精准、影像完整、绘图符合设计方案要求后，经过质量审核与验收，出具综合性评估报告提交上级部门。

3 结语

无人机能快速高效完成大比例尺地形图测绘以及DEM、DOM等测绘产品的生产，逐渐在测绘地理信息产业中得到广泛应用。在大比例尺地形图测绘中，可根据实际的地形图测绘对象、测绘内容，选择成本相对低廉、测绘技术相对便利的资源，设计与实际地形图测绘需求一致的技术方案。