无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测量中的应用

　　无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测量中的应用

　　长期以来，大比例尺地形图的测量工作主要采用人工野外作业模式，使用RTK或全站仪进行全野外作业，这样的作业方式存在外业劳动强度大、作业周期长以及成本高的问题。为了有效解决这些问题，无人机倾斜摄影测量技术从此产生。无人机倾斜摄影测量技术是近年发展起来的一项高新测量技术，它通过在无人机上搭载多镜头相机和定位装置，使无人机在飞行过程中可以从垂直、侧视等多个不同角度同时采集地面影像及其坐标位置信息；通过对这些影像数据进行处理，从而建立直接裸眼可视的三维模型，在模型上进行全方位数据采集，如地形、地物及其属性信息等，再结合少量的外业调查和调绘，可以快速完成大比例尺地形图的绘制。

　　这种新的作业模式极大地减少了由于天气造成的工作延期，降低了外业人工成本，减小了外业劳动强度，极大提高了工作效率。本文以四川省化工地质勘查院军乐基地范围地形图测量项目为例详细探讨如何利用无人机倾斜摄影测量技术生成大比例尺地形图。

　　l测区概况

　　测区为四川省化工地质勘查院军乐基地，位于四川省彭州市军乐镇，面积约为0.04km2，周围地势平坦且无高大建筑物，交通便利。基地内建筑设施多为20世纪六七十年代建设，较为老旧，配套设施不够完善。为改善基地职工工作及生活条件，需要对部分建筑及设施进行升级维护和优化设计，故对基地及周边进行1：500比例尺地形图测量工作。

　　2技术路线

　　收集测区范围资料，利用飞马无人机管家“智航线”模块进行航线的设计，使用飞马D200S无人机搭载OP300五镜头相机采集影像数据及其位置信息，同时布设适量像片控制点；然后使用ContextCaptureCenterMaster软件对数据进行处理，生成实景三维模型；再将三维模型数据导入三维测图系统中进行立体测图，同时对立体测图无法采集的数据进行记录，通过外业调绘及补测获取；最后进行编辑生成DLG（数字线划图）。

　　3无人机倾斜摄影测量技术的应用

　　3.1资料收集与分析

　　(1)测区内有四川省连续运行卫星定位导航服务系统(CORS)覆盖，优先运用网络RTK技术方法进行控制测量。

　　(2)将收集到的测区范围坐标，使用图新地球软件“Excel换KML”功能进行数据转换，将含有测区范围坐标的Excel文件转换为KML文件，再导入飞马无人机管家进行航线设计，并进行控制点点位预选设计。

　　(3)高程转换，大地高转换到正常高，利用采集的控制点（2000国家大地坐标系，大地高）按格式要求发送到自然资源部第三大地测量队（四川省第一测量工程院）进行转换，获取其正常高，并以此作为公共点数据，利用七参数方法，转换POS数据。

　　3.2航线设计

　　将测区范围的KML文件导入飞马无人机管家“智航线”模块下，在确保成图精度满足要求的前提下，本着缩减成图周期、降低测绘成本及提高测量综合效益的原则，结合测区地势平坦的地形条件、1：500的成图比例尺及成果用于改造设计等因素进行航线设计。输入成图比例尺为1：500，调整影像地面分辨率为2.0cm，更改航向重叠度为80%和旁向重叠度为65%，默认飞行相对高度为128m、飞行速度为14m/s、航线间距42m及拍照间距为16m等自动生成航线，并采用变高模式进行作业，自定义外扩航向100m和旁向1条航线，保证地面最高点和最低点影像分辨率均为2.Odpi，为影像获取和后期影像数据处理提供质量保障。

　　3.3RTK控制测量

　　利用全球定位系统实时动态测量(RTK)技术实施平面控制测量和高程控制测量时，RTK平面控制点按精度划分等级为：一级控制点、二级控制点、三级控制点；RTK高程控制点按精度划分等级为等外高程控制点，可用于布设外业数字测图和摄影测量与遥感的控制基础，可以作为图根测量、像片控制测量、碎部点数据采集的起算依据。

　　3.3.1RTK平面控制测量

　　结合测区实际情况，测区内有连续运行卫星定位导航服务系统(CORS)，故优先采用网络RTK技术做RTK平面控制测量。根据测图比例尺大小、测区范围大小布设4个控制点，按航线设计时预设的控制点点位进行布设，并嵌入圆头带十字钉。

　　根据规范要求，进行RTK平面控制点测量时，当在CORS网络有效服务范围内时，网络RTK测量各级平面控制点不受流动站到基准站距离的限制。利用网络RTK技术直接平滑采集10次各控制点的2000国家大地坐标，实测点位中误差最大为1.5cm，优于±5cm的限差，故本次RTK平面控制点精度等级为一级控制点，满足1：500地形图测量要求。

　　3.3.2RTK高程控制测量

　　RTK高程控制点的埋设及测量与RTK平面控制点同步进行。本次布设的控制点标石为圆头十字钉，其高程利用网络RTK技术测得，大地高中误差最大为1.2cm，优于±3cm的限差，满足RTK高程控制测量精度要求。最后将所测大地高数据经自然资源部第三大地测量队―四川省第一测绘工程院转换得到1985国家高程。

　　3.4像片控制测量

　　为满足模型精度需求，在航飞前需要布设适量像片控制点。按事先设计的点位在地面上铺设色彩明显的像控标志，并在四周压上石块，防止被风吹动，标志中心为像片控制点点位。本次共计铺设5个像控点标志，采用单基站RTK测量方法进行测量，在临近控制点上架设仪器，按二级控制点精度要求采集像片控制点的坐标及高程，每个像片控制点平滑采集10次。

　　3.5航空摄影

　　开始进行无人机航摄时，首先进入飞马无人机管家“智飞行”模块，确认设备工作状态及无人机管家是否提示固件更新，并严格按照无人机管家提示进行检查工作，在确保安全的情况下后才能升空作业，并按作业要求及时拍摄起飞及降落视频。飞机升空作业后，地面人员实时关注无人机的工作状态，确保无人机电池电量、飞行姿态、航高、飞行速度及风速等正常，若出现如电池电量不足、风速过大或飞行姿态不稳等突发异常情况，应及时终止飞行，以确保飞机安全。本次飞行范围较小，无人机电池电量充足，风速最大2.5m/s，飞行姿态稳定，无异常状况发生。

　　飞行结束后，及时下载影像数据、机载POS数据和基站数据，并对该次的航空飞行质量和影像质量进行初步检查，检查合格后才可进行数据处理，反之则重新飞行。经现场检查，获取的影像数据、机载POS数据和基站数据完整无缺失，摄区内图幅覆盖完整且影像清晰，层次丰富，色调柔和，能辨认出对应分辨率的较小地物，可以进行下一步数据处理。

　　3.6数据处理

　　将数据导入无人机管家“智检图”模块，检查Ql值质量（Ql值=曝光点固定的个数／总曝光点数×100%），它是差分POS质量的体现质量，通常情况下每一个镜头对应的POS数据需要质量在98%以上才算合格，方可进行数据处理，反之，则需要对未达标的镜头进行返厂调试。本次飞行POS数据Ql值质量均为100%，可以进行数据处理。

　　将合格的数据导入飞马无人机管家“智理图”模块，先后进行GPS数据格式转换和GPS差分解算，获得每个相机对应的高精度POS数据。

　　用经自然资源部第三大地测量队―四川省第一测绘工程院转换的控制点成果作为公共点，采用七参数计算方法获得转换参数，将高精度POS数据的大地高转换为1985国家高程。

　　3.7实景三维模型生产

　　将影像数据及高精度POS数据一一对应导入ContextCaptureCenterMaster软件中，通过数据预处理、控制点导入、空中三角测量、格网切块、自动纹理映射等关键流程，最终生产出OSGB格式的高精度实景三维模型成果。

　　3.8三维立体测图

　　将成果数据导入清华山维EPS三维测图软件中进行立体测图，以点选方式采集地面高程点，并对能够准确判读的地物、地貌等要素全部按规范采集；对不能准确判读的要素（包括隐蔽地区、建模有阴影、漏洞的地方和较小的独立地物）应尽量采集，并做好记录，进行调绘；对影像不清晰而无法采集的数据，做好记录，进行补测或补调。如因植被生长茂盛而遮挡了房屋墙角及围墙的位置，需做好记录进行野外实地补测；因建模有漏洞而无法判别其准确位置及属性，需做好记录进行野外补测和补调。

　　3.9野外调绘及补测

　　在立体测图中对不能准确判读的要素通过外业调绘来表达其准确性和完整性。本次主要有因被树木遮挡的围墙、房屋墙角及建模有漏洞等地方需要补测，补测时采用单基站RTK测量方法，在临近控制点架设仪器，按地物点精度要求进行数据采集，并调绘其属性。

　　3.10数据编辑生成DLG

　　根据立体测图数据、调绘数据和补测数据进行要素数据的图形编辑、属性录入，最终生成DLG。

　　4讨论

　　4.1本次应用的效果分析

　　通过这种全新的技术方法，快速地完成了四川省化工地质勘查院军乐基地地形图绘制工作，并提供了高精度的可视化三维模型。经过四川省化工地质勘查院总工办对成果的空间参考、位置精度、属性精度、完整性、逻辑一致性、表征质量及附件质量等检查，并进行实地检查，共计采集20个检查点，统计平面位置最大误差为3cm，高程误差最大为2cm，最终认为本次项目设计合理，作业程序和作业方法科学可靠，质量控制措施严密，测量精度符合相关规范规程，客观地反映了基地内的真实情况，对基地内危旧房屋进行隐患排查、解危治理以及后期改造升级提供了有利的数据支持。

　　4.2重点问题分析及解决

　　在利用无人机倾斜摄影测量技术进行大比例尺地形图测量过程中，我们应当注意以下几点：一是航摄时影像分辨率要符合要求，通常在实际应用中完成1：500比例尺地形图测量时，其影像地面分辨率需达到2―3cm，以保障三维建模成果及立体测图的精度；二是获取的原始POS数据的高程为大地高，应当全部转换为正常高，至少需要布设三个以上控制点作为公共点进行七参数计算；三是需要布设足够的像片控制点，通常情况下离像片控制点越远，模型精度越低，像片控制点应在测区内均匀布设，尽量使其呈矩形分布，根据测图比例尺及测区范围大小，一般至少需要布设4个像片控制点，其中至少1个点作为检查点检查模型精度。

　　4.3无人机摄影测量的应用前景

　　随着无人机摄影测量技术的不断创新发展，在越来越多的领域受到了广泛应用，如应急救援、地质灾害监测、隐患排查、矿产资源勘查、土地利用现状调查等。近年来，我国部分地区地质灾害频发，从而引起的泥石流、塌方等灾害越来越多，利用无人机摄影测量技术的灵活性、安全性和精度可靠性能够快速获取受灾地区的影像数据，制作的实景三维模型能反映灾区的真实情况，可为受灾区指挥救援、灾情评估及灾后重建提供可靠数据支撑。

　　5结语

　　传统大比例尺地形图测量手段有时效低、成本高及作业人员安全性低等诸多问题，而无人机倾斜摄影技术有着传统技术无法比拟的优势，它使原本大量的野外工作转变为内业工作，具有作业效率更高、测绘成本投入更低、综合效益更强的特点。通过本文可以快速了解无人机倾斜摄影测量技术，并为大比例尺地形图测绘提供了一个高效、快捷的作业方法，展现了无人机倾斜摄影测量技术在测绘领域无限的潜力。

　　随着时代的进步与发展，依靠传统测量手段难以在残酷的市场竞争中取得一席之地，只有掌握新技术、新手段、新方法才能不被行业所淘汰，才会有更加广阔的发展前景。

　　                                                            摘自《化工矿产地质》2023年1期