摘要：无人机航摄使用成本低、影像分辨率高、速度快、体积小、机动灵活等特点，近几年逐步应用在各类测绘生产中，采用理论分析和实例研究相结合的方法，研究探索1：2000地形图测绘生成过程中的影像畸变纠正、控制点布设、空中三角测量、立体模型恢复、正射影像生产、DLG数据采集等关键技术，并给出一些经验性和建设性的意见。
关键词：无人机航摄；畸变校正；立体模型恢复；真正射影像；数据采集
随着无人机技术、成像技术、空间技术等方面的迅速发展，利用无人机作为遥感平台搭载经过可量测化处理后的工业相机可作为低空遥感数据快速获取的有效途径，是常规测绘航空摄影测量的有力补充。
同时无人机由于自重较小，飞行不稳定，搭载的相机为非专业测量相机，导致影像数据与POS数据不如大飞机精确，航摄影像具有像幅小、基高比小、重叠度大、分辨率高和成果数据量大的特点。
本文针对无人机航摄数据特点，对无人机航摄1：2000 DLG数据采集的关键技术进行研究探索，归纳总结出一套生产工艺，并给出一些经验性和建设性的意见。
1 无人机航摄1：2000 DLG 数据采集生产工艺
由于无人机航摄搭载的相机为非专业测量相机，航摄影像不如大飞机影像精确，在空三加密前要对航摄影像进行畸变校正；无人机航摄影像具有像幅小、基高比小、重叠度大，在立体地貌采集立体模型恢复尽量采用外方位元素恢复立体模型，相对扩大每个模型范围，提高地貌立体采集效率；利用无人机航摄数据生产数字正射影像精度相对较高，地物采集可以直接在正射影像上采集，提高DLG 数据采集效率。
图1 无人机航摄1：2000 DLG 数据采集流程图
（1）将无人机航摄数据以及POS数据导入Photoscan软件，求出畸变参数，对无人机影像进行畸变校正处理，提高影像匹配的精度和效率。
（2）在PixelGrid加密软件中，在不添加控制点的情况下，进行影像匹配、自动添加连接点，再进行自由网平差，反复剔除粗差点，直到平差收敛角小于2/3像素。
（3）在MapMatrix软件平台下进行全区域密集匹配DSM数据，并进行单片真正射纠正。
（4）在易拼图软件平台下进行单片匀光、匀色，影像拼接、镶嵌处理，制作真正射影像。
（5）在真正射影像上进行地物采集（包括居民地、道路、河流、地类界等）。
（6）利用外方位元素恢复立体模型，在立体模型上进行地貌采集（包括等高线、坎子、高程点等）。
（7）将采集地物、地貌数据进行整合编辑，形成DLG数据采集数据。
2无人机航摄1：2000地形图测绘关键技术
2.1 航摄数据畸变校正
人机低空航摄采用非量测数码相机，所获影像存在由于镜头设计、制造缺陷和加工安装误差造成的薄棱镜畸变误差，由CCD 镜头形状缺陷引起的径向畸变和由光学系统光心与几何中心不一致造成的偏心畸变、CCD引起的误差带来的畸变，由于畸变差对于空三精度具有较大影响，需对影像进行畸变校正才能用于后期空三处理。
随着无人机航摄在国土、城建、规划、农业、水利、测绘等领域广泛应用，无人机航飞频率越来越高，无人机与搭载的相机在运输途中或多或少受到一些颠簸影响，再加上无人机发射、航拍测量过程中不可避免存在倾斜误差和投影误差，再回收中一些不确定因素，造成每个航飞架次航摄数据畸变参数都不完全相同，而影像畸变校正直接影响后续的空三加密质量，进而影响整个1：2000 DLG 数据采集质量。因此对每个架次航摄数据都要进行畸变参数计算，单个架次航摄数据不多情况下，所有航片均参与畸变参数计算，单个架次航片数量较多情况下，选择有代表性区域航片参与畸变参数计算。
2.2 像控点布设
人机航摄因为飞机质量轻，受空中气流影响，飞行姿态不稳定，POS 数据精度不高，布设一定数量地面控制点，以提高成图精度.。
为了保证航飞质量、不出现航飞漏洞，无人机航摄航向重叠、旁向重叠一般都比较大，远大于大飞机航空摄影测量对航带设置的要求，像控点布设不能完全参照大飞机航空摄影测量对像控点布点要求，无人机航摄像控点布设密度同时参考点位距离与基线，尽量做到均匀布设，像控点布设基本要求：1）在测区四周均要布设，航带间像控点之间距离一般不超过1.5千米，基线一般不超过10条，尽量布设平高点，根据测区情况可跳一到二条航带布设像控点；2）像控点一般应在航向三片重叠和旁向重叠中线附近，困难时可布在航向重叠范围内；3）大面积无特征区域周围多布设控制点；4）像控点应选择相关像片上影像清晰明显的地面地物点或接近正交的线状地物交点；5）弧形地物、阴影下、地面发生变化处、摄影死角、高程变化大的地方、内业量测不准等地方不得选做像控点。
2.3 空中三角测量
无人机航摄由于像幅小，单位区域内航片数量相对较多，连接点选取尽量利用空三软件自动完成，空三软件软件选取影像匹配较快，效果较好的空三软件。
无人机空三加密主要采用的是光束法区域网平差的方法，该方法是以一幅影像所组成的一束光线作为平差的基础单元，以中心投影的共线方程作为平差的基础方程，建立全测区的统一误差方程式，整体解求区域内每张像片的六个外方位元素以及所有待求点的地面坐标。
对于1∶ 2 000 比例尺空三加密，在进行相对定向时，要保证同名点中误差不大于2 /3 个像素，最大误差不超过3 /4 个像素。
2.4 真正射影像制作
利用空三加密的数据进行区域影像密集匹配方式生产DSM数据，1：2000比例尺DSM采样间隔为0.5～1米，局部区域进行人工编辑，保证DSM数据精度。
利用DSM数据，采用单片微分纠正的方法生成单片航片的正射影像。纠正后的正射影像不应有拉伸和扭曲现象，没有数据漏洞区。
制作匀光、匀色模板进行匀色。利用模板对纠正单片进行匀光、匀色，匀光、匀色后单片要反差适中、层次清楚、整体颜色、色调基本一致。
利用易拼图软件自动规划最佳镶嵌路径，所谓最佳路径是指镶嵌成果中所有像素与其像主点的距离和最小，优先取像主点附近变形最投影差最小的影像数据。在无人机航摄大重叠度的数码影像镶嵌选线中，效果较好。
2.5 DLG 数据采集
DLG 数据采集包括地物采集与地貌采集，地物采集主要在正射影像上进行采集，地貌采集在立体模型下采集。最后将采集地物、地貌进行合并，再进行相关编辑、修改，完善DLG 数据采集工作。
2.5.1 地物采集
依据真正射影像依次对水系、居民地、交通、工矿、管线、土质、植被要素进行采集，平面上无法判断，作好相应标记，在地貌采集时进行补采集。描绘房屋和街区轮廓时，应先以切准房角或轮廓拐角，然后再打点连线。各种道路、管线、沟堤等应跟迹描绘，走向明确，衔接合理。用符号表示的各种地物，其定位点或定位线应描绘准确。
2.5.2 地貌采集
由于无人机航摄像幅小，利用绝对定向方式恢复立体模型，范围较小，且模型之间接边频繁，导致地貌立体采集生产效率较低，所以立体模型恢复时，可采用外方位元素进行恢复，中间很多航片可以不利用，模型相对而言范围较大，有效减少模型之间接边。
地貌要素采集，尽量选取立体模型中间位置来采集，因为越靠近边缘的位置模型接边差越大。等高线采集切准模型描绘，在等倾斜地段，当计曲线间距小于5 mm 时，只测计曲线，内插首曲线，植被覆盖的区域，切准地面描绘，当只能沿植被表面描绘，应加植被高度改正。为了保证地貌采集精度，可以利用加密点结合真正射影像进行检核和修改。
2.5.3 DLG采集数据编辑
对采集地物、地貌数据进行整合编辑，协调好各要素的关系，线状要素编辑时应保证线划光滑，严格相接。地物要素按实际采集位置，原则上不对等高线进行避让，同时注意等高线与水系、干沟等套合。
3 应用实例
本文选取七星关区一块山地作为实验区域，对无人机1：2 000立体测图进行探讨。该测区面积约为10 km2，平均海拔1100 m，高差300 m。测区内有村庄、道路、农田、林地等地物。
3.1 实验样区数据获取
无人机航空摄影系统是国内自主集成的系统，航飞采用DOP-SV360固定翼无人机。该区域为山地、地形起伏较大，选取搭载索尼α7R相机，焦距为35.91 mm，像幅大小为7360 × 4912 像素（pixel），像素尺寸为4.88μm。
该测区共布设五条航带，有效影像128张。设计相对航高为750m，航向重叠70%，旁向重叠39%，基高比在1：2左右。选择天气晴朗、能见度高的时间进行航摄。获取的影像分辨率优于0.2 m，测区内航高差小于10 m。
像控测量采取区域网布设方式，四周均有像控点，像控点均为平高点，航带间像控点之间基线距离为6~7条，间隔航向布设像控点。另外在交通便利区域布设一定检查点。
3.2 无人机数据处理
3.2.1 空中三角测量
将无人机航摄数据以及POS数据导入Photoscan软件，解算畸变参数，畸变参数如下：
f=35.91
k1=-2.85800e-005
k2=1.06067e-007
k3=4.44926e-011
P1=-2.60308e-006
P2=3.60063e-005
B1=1.41134e-005
B2=-1.40397e-005
空三加密保证每个像对都超过30 个加密连接点，整个测区连接点中误差为3.1μm，，小于2 /3 个像素。经过光束法区域网平差之后定向点平面位置中误差为0．2 m，高程中误差为0．26m，检查点平面位置中误差为0．45 m，高程中误差为0．48 m。立体模型经过绝对定向后连接点的平面和高程中误差均在0．6m以内，空三加密精度满足《低空数字航空摄影测量的内业规范》要求，可以进行下一步正射影像生产和地物、地貌数据采集。
3.2.2 DLG数据采集
利用空三加密成果全区域匹配生成DSM数据，对单片进行纠正、镶嵌处理，得到真正射影像，在真正射影像上采集地物，在立体模型上采集地貌数据，最后将地物、地貌数据融合在一起，进行编辑处理，得到采集数据。
4 结语
本文论述了无人机航摄数据在1：2000 DLG数据采集中各个步骤的关键点。采用对航摄影像畸变校正反算，自动匹配技术，在尽可能减少地面控制点的情况下进行相对定向和绝对定向，自动空三，全区匹配生成DSM数据，正射拼接影像.解决了无人机快速地物采集，同时利用外方位元素恢复立体模型，解决无人机绝对定向恢复立体模型范围小的缺点，便于地貌数据快速采集，满足1：2000大比例尺成图精度要求。归纳总结这套生产工艺可作为常规测绘航空摄影测量的有力补充。
参考文献：
［1］王志豪，刘萍． 无人机航摄系统大比例尺测图试验分析［J］． 测绘通报，2011（7）：18 － 20．
［2］ 张永军． 无人驾驶飞艇低空遥感影像处理［J］． 武汉大学学报：信息科学版，2009（3）：284 － 288．
［3］ 杜全叶，陆锦忠． 无人飞艇低空摄影测量系统及
论文作者:危金刚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/13
标签：无人机论文; 地物论文; 畸变论文; 射影论文; 数据论文; 地貌论文; 模型论文; 《基层建设》2017年第22期论文;