基于无人机航测技术在地形图测绘中的应用

基于无人机航测技术在地形图测绘中的应用

冯智勇

内蒙古杰科测绘有限公司巴彦淖尔市分公司  内蒙古自治区巴彦淖尔市 015400

摘要：无人机航测凭借其优异的灵活性、适应性和操控性，近年来在大比例尺地形图测绘方面发展迅速，成为广大测绘人员在野外地形图测绘中的首选方法。主要从外业影像采集、内业数据处理、空三加密、精度分析、DEM、DOM、DLG制作、精度验证等全方面分析，以大疆M300RTK无人机在某地区地形图修测工作中的实际应用为案例。从而证明M300RTK无人机航测技术应用于大比例尺地形图测绘的可靠性。

关键词：倾斜摄影测量技术；大比例尺；空三计算；精度验证

0. 引言

无人机航测技术近年来发展迅猛，广大测绘工作者在地形图测绘中不断提高无人机航测技术的使用率。在一些小面积地形图测绘中，无人机航测具有野外作业人员少、生产效率高、飞机起飞条件简单、无人机驾驶员容易上手等特点。尤其是获取高分辨率图像的区域，如测区范围、作业区现场等，不具备大飞机起飞条件的区域，无人机显示出相对突出的优势，无人机的快速发展与成像系统的日益成熟为这种可能性带来机遇。关于无人机应用在测绘方面的研究，国内各大院校，各大施工单位都有做过相关工作。其中应用在土方量计算方面，能够满足精度要求；应用在大比例尺成图方面也有过很多成功案例。

本文基于已有文献研究的基础之上，系统性介绍了倾斜摄影测量技术在全要素地形图测绘中应用研究，并以某地区地形图测绘项目为例。最后通过传统的数字化测绘方法验证了该技术可行。

1实验区概况及技术指标

1.1实验区概况

实验区采用大疆M300RTK无人机于2023年5月在某地区进行地形图修测，区域内设置大疆M300RTK无人机飞行高度为250米，此次测量区域面积为6.5平方公里，地面分辨率为0.05米。22个图像控制点均匀设置在测区周围和中间，10个有代表性的检核点根据现场实际情况设置在测区内。

1.2无人机空三计算精度指标

野外资料采集后，内业通过CC软件外业采集的航测影像进行空三加密处理，完成空三加密测量后，对检核点实测数据进行误差统计，包括8个基本定向点、0.059米平面位置误差和0.045米高程误差；各检核点平面位置误差为0.086米，高程为0.072米，均达到规范要求。

2外业数据采集

2.1影像数据采集

无人机航测工作中的主要操作要点是：①确定好飞行位置是否属于禁飞区和测区的天气状况，然后才能进行飞行前的测量。

2.2像控点采集

每个像控点按照图根级精度实测，三组观测，每组间隔1分钟。测回之间平面坐标差值小于2cm，高程方向差值小于3cm。选取30%数量的像控点作为检核，采取一定量地物作为精度统计。

3数据处理

3.1数据准备

数据内业处理前，需要准备原始的五镜头像片，像控点点之记，像控点照片，（地面基准站数据？）。其中像片中包含POS信息，所以不需要额外提供POS信息。

3.2导入数据

建模空三采用成熟的商用软件ContextCaptureCenterMaster，简称CC软件。该软件采用空三独特解算模型实现2万张照片同时进行空三计算。该软件操作主要流程包括新建以拼音为名字的工程；随后将照片数据导入项目工程名中，每个相片设定摄影镜头参数，并统一像片参数。

3.3空中三角测量

空三计算中利用CC软件平差模块解算，得到每张三维影像的像空间坐标系数值。通过增加像控点坐标来获取影像当地坐标系下的坐标值。

3.4模型制作

在完成空三计算后，我们可以得到航摄影像中所有同名像点的坐标和外方位元素。利用这些数据，我们可以建立三角关系，构建TIN三角网。制作白模时，我们可以利用空三计算的结果，将影像贴膜到实景三维模型上。通常情况下，我们选择以OSGB格式输出模型，纹理质量选择90%，切块大小一般为100米长宽。

4全要素地形数据生产

为了确保全要素地形图的准确性，我们依靠裸眼三维可视化技术和矢量数据同步模型采集方法。在采集过程中，我们要按照相应的精度采集地形图中的所有要素，以确保矢量数据的完整性和准确性。采集时必须按照国家规定的不同比例尺符号进行操作，特别是在影像中模糊的地区和模型出现空洞的地方，需要在实地调绘时进行补测。对于点状地物，我们要准确捕捉其几何位置和方位角，尽量采用中心点捕捉技术。对于面状地物，我们要确保其闭合且没有压盖现象。对于线状地物，我们要保证其位置和走向的准确性。综上所述，全要素地形图采集需要细致而准确的操作。

4.1数据源格式转换

生成的三维模型采用OSGB格式数据，并在矢量化之前进行了数据转换。我们可以使用软件自带的OSGB转换功能将OSGB数据转换为DSM数据。在加载三维模型之前，只需选择DSM格式数据的根目录即可。

4.2矢量数据采集

可以使用EPS等平台软件进行矢量数据采集。根据最新的全要素地形图采集要求，我们的采集原则是确保不漏掉任何地物。在采集过程中，我们可以将地物的属性信息表现在符号中。不同地物有不同的采集方法，但同一种地物具有相似的采集规律。在模型不清晰的情况下，我们不能错误地判定地物的属性。在外业调绘中，我们要尽量避免遗漏或错误地记录信息。对于遮挡区域，如树林下或巨大建筑物的阴影下，我们可以利用RTK技术来补充要素信息。三维视角可旋转变动，这有利于错落的地物地貌可不遗漏，并减少了外业补测的工作量。

4.3外业调绘与补测

内业依靠裸眼3D技术矢量的DLG产品，但由于模型质量有时无法做到全要素生产。如模型空洞、模型拉花，地物之间相互遮挡等因素。DLG图中对个别地物属性、位置、尺寸大小无法确定，所以需要现场调绘内业采集中的问题。并用传统的RTK+全站仪模式实现补测等工作。

4.4数据修改与编辑

完成外业调绘和补测后，需要对地形图进行更新和修改。在地形图修改编辑过程中，必须进行合法性检查，确保数据的准确性和可靠性。对于已有资料，需要进行整饰，纠正图面错误和不合理之处。同时，对收集到的资料进行梳理和归档，并将属性信息录入到相应的实体中。内外业资料需要清晰整理，尤其是外业调绘纸图的分类归档。根据不同来源的资料，创建不同的文件夹，并以各图幅号进行命名。最后，将整理好的资料一起上交，进行下一步的检查工作。

4.5数据检查

完成的地形图要通过软件自带的检查功能实现全面审查，并根据检查项目一一修改，但有些错误是合理的无需进行修改。对于那些质量不合格的要素全部退回处理，如有需要外业核实补测的情况，一定要及时补测。成果提交时，检查文件作为成果资料上交。

5精度评定

在地形图图面合法性合格之后，下一步工作即是地形图精度打点统计。一般选择RTK与全站仪结合的全数字化工作模式，平面选择具有代表性的点位如建构筑物角点，路灯，道路直角点。高程点一般选择道路，小区内，硬化路面等无植被覆盖的地面。根据相关规范要求在数量上平面选择45个点最优，高程选择35个点为宜。

6结论

全要素地形数据是新型基础测绘体系下的重要子产品之一，具有地形要素种类全、三维特征信息等优势，有着广泛的应用前景。在城市区域的全要素地形数据生产中，由于城市建筑物密集、通视条件差，传统的三维数据采集方式耗时且工作量巨大。倾斜摄影测量技术由空间定位、航空摄影等多种技术组成，可以在无需通视条件的情况下快速、有效地获取地表高精度三维数据。本文以某新型基础测绘示范区全要素地形数据生产项目为依托，充分利用倾斜摄影测量技术在数据采集和生产中的优势，将其应用到全要素地形数据生产中。以倾斜模型与影像数据为数据源进行内业矢量数据采集，并且通过外业检验点验证了采集数据的精度，有效节省了工期，降低成本。本文的研究表明通过倾斜摄影测量技术进行全要素地形数据生产是切实可行的，为新型基础测绘体系建设中的的数据生产方式、生产技术提供了有益的参考。

参考文献

[1]王二辉.基于倾斜摄影测量技术的地形图免像控精度研究[J].地理空间信息,2022,20(08):74-77.