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摘要：以无人机航摄技术在矿区1∶2000大比例尺地形图测绘中的应用为研究目的，采用复合翼无人机搭载非量测相机，对某矿区进行了地形图快速测绘与更新，生产了该矿区1∶2000地形图和矿区的正射影像图。通过外业施测像控点对测图高程精度的检测与分析，结果表明：通过提前布设地标点，严控飞行质量等误差影响因素，此无人机可满足矿区1∶2000航测成图。
关键词：无人机；航空摄影测量；复合翼；精度分析
随着科技的发展，无人机航空摄影测量作为一项中小面积地形测绘的重要手段，具有成图精度高、外业工作量小、勘测成本低、成图速度快、产品丰富等优点，可以满足一般矿区地形测绘的作业要求，已在国内得到广泛应用。本文针对测区像控点布设空难的困境，提出了一种适用于矿区地形图测绘的作业方法，结果表明该方法满足了矿区地形图测绘的需求。
一、无人机影像获取
某矿区属丘陵地类型。影像获取采用华测P700无人机搭载索尼A7单反数码相机，镜头焦距为32．887mm，设计航高约800m。考虑到无人机质量轻，低空作业时气流对其旋偏角影响较大，重叠度设计较小容易造成航摄漏洞。而重叠度设计较大，航飞重叠度又会导致基高比小，影响高程精度，同时也会带来内业测图时像对数量过多，增加处理难度。为此，经过综合考虑，航飞设计航向重叠度70%，旁向重叠度40%，航摄共飞行8个架次，获取影像2988张。
每一架次航摄测量完成后，利用平台导出POS数据并对像片数据进行重叠度及影像质量检查。检查结果显示，两个架次的影像数据航向重叠度在70%～75%之间，旁向重叠度在40%～45%之间，无航摄漏洞，像片倾斜角小于3°，飞行质量符合标准要求；航摄影像色彩均匀清晰，色调正常，反差适中，无云影遮挡，满足设计要求。
二、无人机摄影测量内业数据处理
2.1 像控点布设及施测
像控点布设方面，由于测区地势陡峭，地形地貌及环境复杂，无法找到明显地形点和地物特征点作为像控点。常规先航摄后像控点测量的方法在测区不适用，因此需要布设地标像控点以方便后期控制测量。摄影过程中对项目区进行两架次航摄，第一架次航摄结果检查合格后利用Pix4DMapper快速拼接出DOM影像作为地标像控点布设工作底图，根据作业要求在航向3°和旁向6°重叠范围内布设地标像控点，用亮色布条十字型排列铺设地表作为像控点标志，十字中心为像控坐标点。共布设18个像控点，像控点测量采用该省CORS系统，先利用精密单点定位技术高精度测量5个像控点作为首级控制点，再使用快速静态GPS方法布网测量其他像控点坐标，标准点位按内业布设要求独立观测三次。所有控制点布设测量完毕后，进行第二架次航摄。
2.2 空中三角测量
空中三角测量，简称空三加密，是根据野外少量控制点，计算待求点的高程与平面位置以及像片外方位元素的测量方法。利用空三加密可以大幅度减轻野外测量工作量，给地形测图提供定向控制点。因系统搭载的NikonD800相机是非量测相机，未经处理的航摄影像畸变差较大，在进行空三加密前，根据相机鉴定报告对原始航摄像片进行畸变差校正，然后采用ImageSationSSK软件ISAT模块进行空三加密。在作业过程中，先首航线自动匹配构建自由网进行平差，然后按照外业提供的控制片与像控点成果，量测外业控制点，最后区域网整体平差。
从结果来看，基本定向点Δxymax=0．265m，ΔHmax=0．227m；检查点Δxymax=0．270m，ΔHmax=－0．209m；依据规范要求，对于1∶2000高山地地区基本定向点中误差限差平面为0．4m，高程为0．45m，检查点中误差限差平面为0．7m，高程为0．75m该区域网平差结果符合设计对1∶2000测图的精度要求。
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2.3 数据采集与正射影像图生产
内业立体采集使用VirtuoZoNT全数字摄影测量系统完成，利用空中三角测量加密成果直接自动完成像对定向建模，进行立体测图。编辑过程中，对照外业调绘片来生产，严格对照调绘片进行图面编辑，分层进行地貌和地物要素的数据采集，生成*．DXF标准格式的地形图数据文件并导入南方CASS软件进行地形图编辑，编辑时均按照图式规定进行，最终完成1∶2000地形图成图。对采集数据进行编辑，删除无用数据后直接内插生成DTM，最后生成DEM。DOM制作采用Pix4Dmapper无人机数据处理软件经过拼接、匀色、镶嵌、影像处理、图幅裁切后得到DOM成果，并针对山谷、水系等进行必要的人工编辑，使匹配点与等视差曲线切准立体模型表面，反映真实的地貌情况。
三、立体测图与成图精度分析
基于空三加密成果，利用Map－Matrix4．1摄影测量工作站对研究区进行立体测图，完成11．43km2的矿区地形图测绘工作。考虑到获取数据航摄架次较多，可能存在模型接边差，为此采用先对不同架次模型边界进行立体测图，同时结合外业调绘检查点对其进行检核，模型间若存在差异，必要时确定超限架次，返回空三加密对其重新处理。
本文选取151个平面点、146个高程点分别对成图精度进行分析。依据国家标准要求，平面中误差不得大于1．2m，高程中误差不得大于0．5m，平面高程最大限差不得大于2倍的中误差。对误差频率进行统计。由统计结果可以看出，平面误差频数呈下降趋势，且误差均小于0.25m，精度优于规范要求；高程误差频数基本符合正态分布规律，小于1倍规范中误差点数为80．1%，1倍与2倍规范中误差之间点数为19．9%，大于2倍规范中误差点数为0，误差主要集中在－0．5～0．5m之间。根据统计，各项指标满足国家标准规范要求，实现了高精度数字化成图。
但由统计数据知，平面精度在各指标均优于高程精度，引起高程误差较大的主要原因是无人机采用非量测相机，相机虽经过检校得到了畸变参数，但是在现场飞行和搬运过程中不可避免的对相机有碰撞，引起相机畸变参数不准，产生了误差。而且无人机影像像幅小、基线较短，又加之风力影响，在顶风飞行时基线长度更小，使的基高比小，对高程精度造成了影响。若想提高精度，就需要使用专业航摄相机及提高无人机的飞行稳定性，但这就对无人机的质量及荷载提出了更高要求，仍需进一步研究。
结语
研究表明，无人机航测遥感在快速获取矿区用图方面具有十分明显的优势，大大减少野外测量工作量，减少成本，保障了测量作业人员安全，航测1∶2000地形图在西部高海拔矿区能够满足规范的精度要求，可在数字矿山的建设中进一步发挥作用，值得在无人区、荒漠区等特别困难地区工作中推广。航摄飞行的绝对航高达到4100m，对拓宽无人机在高海拔地区的应用领域具也有一定的工程示范意义。下一步要针对如何利用少量控制点或者无需地面控制点即可进行高精度的空三加密及利用无人机完成1：500地形图的测绘工作进行深入研究。
参考文献：
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［4］王佩军，徐亚明．摄影测量学［M］．武汉：武汉大学出版社，2010．
作者简介：
唐艳，女，（1982.10—），籍贯四川，毕业于新疆轻工职业技术学院，专科，职称：工程师，研究方向：测绘工程。
论文作者:唐艳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/18
标签：无人机论文; 地形图论文; 误差论文; 高程论文; 测量论文; 矿区论文; 精度论文; 《基层建设》2019年第5期论文;