摘要：无人机低空遥感系统不同于普通航空摄影测量，其利用先进的技术，较低的成本可以快速高效的自动获取各类所需要的空间遥感信息。本文以无人机航摄技术在大比例尺（1:1000）地形图测绘中的应用为目的，采用六轴旋翼无人机平台，搭载非量测型数码相机，于天津城建大学校园进行航摄大比例尺地形图制作实验，通过外业实测点位数据对测图精度进行评估。试验结果表明：无人机航摄技术可以满足1:1000比例尺测图精度要求。
关键词：无人机；大比例尺；DLG
1 引言
航测大比例尺测图与1：10000航测成图相比较而言是同样的航测成图范围，只是比例尺大小不同。因此，它们在成图理论（包括摄影、控制测量、纠正、加密、立体测图原理和方法）、成图方法（包括控制测量方法、像片调绘方法、纠正制作像片图、立体像对定向测图等方法）、成图过程，使用的各种仪器设备等方面基本相同。但是，大比例尺航测成图由于比例尺较大，而且大都是为了某项建设的需要而测制的地形图，因此在测图精度、内容和地物表示方法等方面又有许多不同的要求[1]。
大比例尺地形图由于其位置精度高、地形表示详尽，是规划、管理及建设过程中的基础资料。传统大比例尺测绘方式因地物测绘精细程度高，存在人力、物力投入大，效率低，成本高等问题，无法满足项目规划设计的整体性和实效性[2]。
随着无人机航空摄影在测绘行业的推广和应用，利用无人机作为遥感平台搭载非量测相机进行1:2000比例尺成图研究已逐渐得到推广应用[3]，此次实验将利用无人机航摄技术，在1:2000大比例尺地形图研究的基础上，设计并且严格控制此次实验条件，创造全面严格的试验环境，全面严格控制影响因素，以天津城建大学为实验区域。对无人机航空摄影技术进行大比例尺测图生产中的关键技术及误差产生的原因进行深入研究与分析。
2 无人机航摄系统构成
本实验采用的航摄系统组成部分有：六轴旋翼无人机飞行平台、飞行控制系统和非量测型数码相机，以及地面站、远程无线通信装置、地面数据处理系统等辅助设施。
电动多轴无人机体积小可折叠，方便运输携带，起降便捷安全，楼顶或40平方米空地即可实现飞行起降。本实验使用六轴旋翼无人机，展开尺寸为1200mm*1200mm*500mm，飞行升限和控制半径均为1000米，作业高度为100米~300米，载重2.0公斤续航时间约33分钟，最大升降速度为6米/秒，巡航速度最大为10米/秒，飞行方式包括自主飞行和手控飞行。
本次实验搭载的遥感设备为iCam-Q5五镜头相机，正射镜头焦距为16mm，倾斜镜头焦距为20mm，传感器尺寸大小23.2mm*15.4mm，最大像素为5456像素x3432像素。飞行过程中采取飞控系统控制快门定点曝光。
3 无人机航摄技术大比例尺测图实验
为保证实验精度客观真实，避免仪器误差、人为误差、气候等外界因素影响产生的误差导致的精度损失，本文选取天津城建大学为实验区域。天津城建大学位于天津市西青区津静路26号，测区分为前后两个校区，该测区内建设用地89.2万平方米，用于学生住宿和上课的建筑面积为45.9万平方米，用于科研行政等建筑面积为29.9万平方米。为提高原始影像的质量，选择天气晴朗，风速较小的时候拍摄。
3.1 影像数据获取
本实验飞行平台采用六轴旋翼无人机系统，影响航向重叠度为80％，旁向重叠度为60％。根据表3-1和公式（1）确定地面分辨率为0.08m，摄影航高为150m。
（1）
式中：H为摄影航高；f为物镜镜头焦距；a为像元尺寸；GSD为航摄影像地面分辨率。
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经过计算可得到一张照片所覆盖的地面长度为217m，宽度为144m，综合无人机的飞行速度、相机曝光时间以及测区的面积，考虑在测区内共设置五个架次的飞行任务，飞行方式采用自主飞行。
3.2 像控点布设与施测
像控点的布设方案是根据成图方法和成图精度在像片上确定航外像片控制点的分布、性质、数量等各项内容所提出的布点规则。是体现成图方法和保证成图精度的重要组成部分。
3.3 数据处理
由于飞行姿态不稳定、航偏角较大、装载非专业数码相机、小像幅小基高、存在像点位移等原因，无人机影像处理对处理软件的处理能力和稳定性具有特殊的要求[3]。目前国内较为常用的无人机影像处理软件主要有：PixelGrid4.0、DPGrid、PHOTOMOD5.3、Inpho5.7、IPS4.0、Photoscan、EPS地理信息工作站等。
本次实验采用Photoscan对影像数据进行处理，Photoscan软件处理的像片可以是在任何位置的拍摄到的每一张照片，Photoscan可以处理的影响包括航测影像、具有特定的影像重叠，非测量相机的高分辨率图像。Photoscan软件的工作流程是完全自动化的，内业处理人员可以根据软件的操作说明就可以进行影像处理，生成数字正射影像（DOM）和数字表面模型（DSM）。在DOM和DSM的基础上，使用EPS和南方CASS软件制作数字线划图（DLG）。DLG是以立体模型为单元进行立体量测，然后将测区内所有立体模型的数字线化图进行拼接和编辑，并按照地形图制作规范要求制作一定比例尺的地形图。
4 精度分析
为提高模型精度，实验总共布设了40个地面控制点，其中32个作为像控点，剩余8个作为检查点，用于模型精度的验证。
检查点的中误差为 0.182m，其中最大误差是 0.306m；检查点的最大限差不得大于表4-2的相关规定。
根据以上分析可知，加密检查点精度符合相应精度要求。
5 结束语
随着科技的不断创新和发展，测绘无人机作为一种低成本、高精度、操作简便的遥感影像获取设备在小范围大比例尺测图方面取得了很好的发展。无人机航空摄影测量与传统大飞机航空摄影测量相比，具有机动、快速、经济等优势。本文以天津城建大学1:1000地形图测绘为案例，对无人机低空遥感技术测绘大比例尺地形图应用的可行性及可靠性进行了分析，实验结果表明，无人机航摄系统能够获取卫星和有人飞机无法得到的高分辨率影像数据供大比例尺地形图制作。针对小区域大比例尺的遥感应用，可以作为传统航空、航天遥感平台的重要补充。
参考文献
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[4]黎治坤,郑史芳,刘锐,等.几种无人机正射影像处理软件的比较[J].测绘通报,2016（6）:82-86.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.
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[7]国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会.GB/T 7930— 2008 1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量内业规范[S].北京:中国标准出版社,2008.
论文作者:杜宝裕,张焱晶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/11
标签：无人机论文; 比例尺论文; 地形图论文; 精度论文; 遥感论文; 影像论文; 像片论文; 《基层建设》2019年第22期论文;