浅谈无人机航测技术在地形测绘中的应用

一、概述

近年来，随着城市改造、道路桥梁设计、农村宅基地确权、工程项目精细设计等对大比例尺地形图的需求日益增大，但目前大比例尺地形图主要靠人工使用全站仪、GPS-RTK 等设备全野外人工采集数据，然后内业加工处理生产。这种作业方式，时间长、效率低、成本高、人工劳动强度大，生产进度还受到作业期间天气的影响，已远不能满足社会需求。如何提高作业效率、降低生产成本，缩小野外作业量是当今获取大比例尺地形图的迫切要求。由于无人机具有机动灵活、经济便捷等特点，而且能够方便地获取高分辨率影像，因此采用无人机航摄测量大比例尺地形图，成本低、工期短、精度高，能够大幅度减少外业工作量，进而提高生产效率，缩短工期。

二、无人机航摄系统

无人机航摄系统一般由飞行平台、任务装置、地面控制站、发射与回收系统组成，本文中实验项目测区采用深圳飞马机器人科技有限公司生产的D200多旋翼平台，航测模块搭载SONY ILCE-6000相机，飞控系统采用飞马无人机管家3.0航测系统，数据处理采用photoscan，smart3d，terrasolid，EPS，Global-Mapper等图像处理软件。

三、无人机航测作业流程

无人机航测作业流程主要分为外业测量和内业数据处理两大部分。外业测量包括：①资料收集，确定测区范围。②施测范围航摄参数计算，规划航线。③像控点布设与测设。④无人机影像获取。⑤外业调绘。内业数据处理包括：①空三加密。②DOM、DSM生产。③裸眼测图。④DLG生产。⑤编辑成图。⑥数据检查验收。

四、项目概述

贵州省镇宁县城镇规划需要进行1:500地形图测绘，等高距1米，成图面积约130km²，0.1m分辨率的DOM航测面积约200km²。测区相对高差约300米，地形为高原山区地带，平面坐标系统为1954北京坐标系，高程基准为1985国家高程基准。

五、实际作业流程

5.1 测区范围航线规划

因测区范围过大，故将测区分为若干区块，且相邻两区块间至少重叠2条航线，以区块30为例，测区面积为2.081km²，航向和旁向重叠度均设置为75%，相对行高220米，地面分辨率约0.06m，共获取1480张影像，预计飞行110分钟左右，共4个架次。见下图

图1 航线规划

5.2 像控点与检查点布设与施测

在区块30中，航线参数设置后，我们根据无人机管家软件内置的谷歌影像同时布设像控点，共布设了11个像控点，6个检查点，同时在手机奥维APP中标记上像控点与检查点，外业布点时就利用手机版奥维进行导航定位，到达点位后采用GPS-RTK连接千寻CORS账号的方式进行像控点与检查点的施测。

图2 像控点与检查点布设

5.3 外业航飞

外业航飞完后现场及时下载POS数据，基站数据，检查照片数跟pos数据是否一致，检查照片是否漏片，是否存在质量问题，检查完后转入内业处理环节。

5.4 PPK数据解算，POS数据获取

将获取的各个架次的POS数据与基站数据在无人机管家进行事后差分解算，解算后合并整理成需要的POS数据文件。

5.5 photoscan空三加密

将获取的照片和POS数据导入photoscan进行空三加密，空三报告精度达到要求后导出空三成果。

5.6 smart3d建模，点云生产

在smart3d中导入获得的空三成果进行三维建模和点云数据生产，分别输出OSGB格式的文件和LAS格式的点云数据文件。

图3 部分区域OSGB格式成果

5.7 terrasolid生产等高线

因为获得的点云数据是根据生成的三维模型得到的数据，所以不需要进行坐标系转换和检校处理，直接进入terrascan模块进行去燥、滤波、点云分类等编辑处理生成DEM文件，从而获取等高线。

图4 Terrasolid点云数据处理

5.8 eps裸眼立体采集，编辑成图

在eps中，将获取的OSGB格式的文件生成倾斜模型，然后加载生成的倾斜模型进行裸眼立体采集，采集完后导入获取的等高线进行最后编辑成图。

图5 部分区域DLG与DOM套合

六、问题与分析

在大比例尺地形图的生产中，无人机航测产生的效益相对于传统人工测绘来说是很显而易见的，但是传统航测的生产方法存在一定的弊端，传统航测生产DLG是基于正射影像的基础上进行立体采集，采集窗口联动性差，需要佩戴立体眼镜，同时手轮脚盘要相互配合好，不容易上手，培训周期长，建筑物密集区域还需要进行大量的房檐改正等外业调绘工作。在本案例中，提出了外业采用正射补飞倾斜航拍（建筑物密集区域）的手段，内业采用photoscan做空三加密，然后导出空三成果到smart3d进行三维建模和点云数据的生产。生产的点云数据用terrasolid点云处理软件进行去燥、滤波、地面点分类等编辑生成DEM文件，从而获取等高线，最后用EPS进行裸眼立体采集和内业编辑处理成图。这种作业方式上手快，效率高，减少了外业调绘工作中房檐改正的环节，也减少了因房檐改正引起的误差。

七、结论

以1个城郊约 50 平方公里，有山地、农田及部分建筑为例（成图比例尺1:500）：

用传统测量的方式来完成，主要涉及到以下工作： 1、采用全站仪+RTK外业采集碎部点； 2、内业成图投入18个作业员（9组）， 白天外业打点，晚上内业成图。人测约40天*20人*每人日薪及差旅150元=12万（如若换成5人工作量约为200天）。用航测的解决方案来完成整个项目需要做以下工作： 1、外业航飞 2、像控点的布设 3、空三加密 4、DLG的采集 5、外业调绘 6、内业编辑航测外业两天转换增加的内业约20天*4人*每人日薪及差旅150元=1.2 万。由此我们可以得出结论：

（1）费用航测是人测的十分之一，即10%左右。人测费用是航测的10倍左右。

（2）工期短，若同样人数，航测工期是人测的十分之一。

（3）省人力，航测外业加内业人员是人测人员的五分之一，如4人即可完成约20人的两倍工作量。

（4）精度高。