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　　地形測量是一項(xiàng)復(fù)雜而且系統(tǒng)化的測量作業(yè)任務(wù),，航空攝影測量已經(jīng)占據(jù)地形測量的主戰(zhàn)場,，然而傳統(tǒng)的航攝系統(tǒng)不僅成本高對天氣,、空管調(diào)度等作業(yè)條件要求苛刻，而且對作業(yè)人員技術(shù)要求也非常高,，作業(yè)周期無法保證,，制約著航空攝影測量的快速發(fā)展與普及。無人機(jī)航攝系統(tǒng)作為傳統(tǒng)航攝系統(tǒng)的有益補(bǔ)充,，以其機(jī)動(dòng)靈活,、高效快速、節(jié)約人力成本等優(yōu)勢在航攝領(lǐng)域迅速得到廣泛應(yīng)用,。本文以天狼星免像控?zé)o人機(jī)航攝系統(tǒng)在內(nèi)蒙古某露天礦地形測量項(xiàng)目為例,，在無需地面控制點(diǎn)的情況下完成DOM、DEM,、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的生產(chǎn)任務(wù),，通過精度分析實(shí)現(xiàn)了大比例尺地形圖測制的精度要求，為地形復(fù)雜,，工作人員無法進(jìn)入實(shí)地測量的地形測量工程項(xiàng)目提供了很好的借鑒,。

　　引言

　　近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,地形測繪手段已由純?nèi)斯げ杉c(diǎn)位數(shù)據(jù)發(fā)展為航空攝影來獲取和更新地形圖以及地理信息數(shù)據(jù),。傳統(tǒng)航攝方式由于成本高,、對天氣、空管調(diào)度難等作業(yè)條件限制,，不適合小范圍地形圖數(shù)據(jù)采集與更新作業(yè),，然而基于無人機(jī)平臺的航攝系統(tǒng)顯示出靈活機(jī)動(dòng)、高效快捷,、響應(yīng)能力強(qiáng),、作業(yè)成本低的特有優(yōu)勢，特別適用于小區(qū)域和應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取,。因此,，從地形測繪工作質(zhì)量與效率提升的層面考慮，本文以天狼星航攝系統(tǒng)在內(nèi)蒙某礦區(qū)地形測量工程的應(yīng)用出發(fā),，在無需地面像控點(diǎn)的情況下完成DOM、DEM,、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的生產(chǎn)任務(wù),，并進(jìn)行精度分析，其實(shí)際測量精度滿足大比例尺礦區(qū)等復(fù)雜地形圖精度要求,。

　　1天狼星無人機(jī)航攝系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

　　1.1內(nèi)置高頻RTK接收模塊,，實(shí)現(xiàn)免像控航攝

　　在傳統(tǒng)航攝作業(yè)模式下，布設(shè)地面圖像控制點(diǎn)是一項(xiàng)必不可少的工序,，不僅占用著項(xiàng)目的人力物力,，同時(shí)占用著項(xiàng)目至少30%的工期,，如果在無人區(qū)，沒有明顯特征點(diǎn)的方位物或者地形復(fù)雜的地區(qū),，像控就成了制約航攝的瓶頸,，在當(dāng)前地形圖測繪項(xiàng)目中經(jīng)常遇到工作人員進(jìn)入困難甚至無法人工進(jìn)入作業(yè)的情況，這將大大增加項(xiàng)目開支并延長項(xiàng)目工期,。在傳統(tǒng)航攝由于云層遮擋等原因造成的空白區(qū),，要花費(fèi)大量的時(shí)間、人力物力進(jìn)行采集數(shù)據(jù),，這樣往往是要損失測繪精度的代價(jià)才能完成,。

　　天狼星無人機(jī)航攝系統(tǒng)采用地面基站模式，機(jī)身上搭載著100HZ刷新率的 GPS RTK裝備,，在航飛的同時(shí)即可實(shí)時(shí)獲取高精度無人機(jī)定位信息,，該定位信息不僅用于無人機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航與飛行姿態(tài)調(diào)整，而且能保證在航拍的同時(shí)獲取高精度POS信息,。具有RTK固定解精度的POS信息使得每張照片攝影瞬間攝影中心,、照片、地面(地物)之間具備高精度的方位元素信息,，從而實(shí)現(xiàn)免像控狀態(tài)下平面精度,、高程精度能夠滿足大比例尺地形測量的要求。

實(shí)驗(yàn)區(qū)航拍曝光點(diǎn)位分布圖

　　1.2MAVinci Desktop制定飛行計(jì)劃實(shí)現(xiàn)智能化航飛計(jì)劃管理

　　MAVinci Desktop可以提前根據(jù)測區(qū)范圍制定飛行計(jì)劃,，同時(shí)根據(jù)測區(qū)需要由作業(yè)者臨時(shí)指定目標(biāo)區(qū)域和指定期望的GSD進(jìn)行創(chuàng)建飛行計(jì)劃,。作業(yè)者可以根據(jù)實(shí)際需要通過點(diǎn)選范圍快速制作飛行計(jì)劃、模擬飛行,、優(yōu)化調(diào)整等操作,。在地形高低起伏較大的情況下，無人機(jī)可以根據(jù)地形起伏自適應(yīng)改變飛行高度,，既能保證無人機(jī)飛行安全也能保證影像重疊度,，確保影像獲取的質(zhì)量。

　　MAVinci Desktop采用高集成化一鍵設(shè)計(jì)飛行計(jì)劃,，只要輸入想要的作業(yè)精度值(GSD),，導(dǎo)入作業(yè)范圍文件便可以實(shí)現(xiàn)航線自動(dòng)劃分，飛行高度自適應(yīng),，自動(dòng)設(shè)定飛行帶寬及重疊率等技術(shù)參數(shù),，大大提高了工作效率。

點(diǎn)選范圍點(diǎn)快速實(shí)現(xiàn)模擬飛行計(jì)劃

　　1.3AgiSoft PhotoScan Pro+攝影測量與建模軟件實(shí)現(xiàn)航拍成果快速輸出

　　天狼星無人機(jī)航攝系統(tǒng)采用的AgiSoft PhotoScan Pro+攝影測量與建模軟件進(jìn)行空三加密,。AgiSoft PhotoScan Pro允許生產(chǎn)高分辨率正射影像和極其精細(xì)的DEM/紋理多邊形模型,，同時(shí)無需設(shè)置初始值，無需相機(jī)校準(zhǔn),，完全自動(dòng)化的操作流程可以讓一個(gè)非專業(yè)人員在桌面電腦上處理數(shù)以千計(jì)的航空像片并生產(chǎn)專業(yè)級的航攝測量數(shù)據(jù),。AgiSoft PhotoScan Pro數(shù)據(jù)支持幾乎所有的市場上面向無人機(jī)數(shù)據(jù)處理的解決方案與軟件程序,。

　　內(nèi)蒙礦區(qū)試驗(yàn)區(qū)實(shí)現(xiàn)4架次共計(jì)3小時(shí)飛行，有效作業(yè)面積4.6km2,，1460張圖片,，12小時(shí)全自動(dòng)空三加密、一鍵生成DOM,、DEM,、點(diǎn)云數(shù)據(jù)，2小時(shí)自動(dòng)提取點(diǎn)云高程點(diǎn)并生成等高線,。整個(gè)項(xiàng)目一個(gè)作業(yè)小組3人在3天時(shí)間內(nèi)輕松完成,。

　　2.工程實(shí)施

　　2.1工程概況及航飛參數(shù)設(shè)定

　　項(xiàng)目要求：獲取高精度地表數(shù)字高程模型用于礦區(qū)土石方量計(jì)算與開挖設(shè)計(jì);工程概況：測區(qū)位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°09′-106°10′,，北緯40°37′-40°39′內(nèi);測區(qū)面積4.6km2;平均海拔1650m,，最低海拔1580m，最高處1720m,。該測區(qū)地形起伏較大,，崎嶇不平，地表裸露無高大植被覆蓋,，屬于典型的戈壁地貌,，采用常規(guī)無人機(jī)航測方式缺少明顯特征地物用于像控點(diǎn)布設(shè)或采集，同時(shí)高程精度也難于保證,，因此選擇天狼星免像控?zé)o人機(jī)航攝作業(yè)方案,。

　　實(shí)地工作環(huán)境為最高溫度4℃，氣溫較低,，為保證無人機(jī)自身安全,，續(xù)航時(shí)間設(shè)定為35分鐘，在MAVinci Desktop飛行計(jì)劃軟件中自動(dòng)劃分4個(gè)飛行時(shí)段,，選擇兩處起降場地,。其他參數(shù)設(shè)定為GSD地面采樣間隔8cm，自適應(yīng)地形起伏模式,，相對飛行高度340m;航向重疊度80%,，旁向重疊度65%。

　　2.2無人機(jī)航攝系統(tǒng)測制地形圖工作流程

無人機(jī)航攝復(fù)雜地形(內(nèi)蒙測區(qū))工作流程圖

　　本工程采用的航線設(shè)計(jì),、航飛和影像快速拼接都在MAVinci Desktop程序下完成,，AgiSoft PhotoScan Pro程序?qū)崿F(xiàn)了快速空三直接生產(chǎn)DOM、DEM及點(diǎn)云數(shù)據(jù),，然后將DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Global Mapper軟件，利用3D矢量創(chuàng)建高程網(wǎng)格,，自動(dòng)生成1m基本等高距的等高線地貌數(shù)據(jù);部分地形矢量數(shù)據(jù)通過EPS虛擬測圖軟件進(jìn)行采集獲取,。

　　2.3檢測靶標(biāo)及檢測點(diǎn)布設(shè)與測量

　　由于測區(qū)內(nèi)沒有明顯特征地物點(diǎn)用于精度檢測,，航測開始前在測區(qū)范圍內(nèi)噴繪多處30cm*30cm十字檢測靶標(biāo)，以其中心作為檢測點(diǎn),。點(diǎn)位布設(shè)情況：設(shè)立在石質(zhì)地表檢測點(diǎn)6個(gè),，土質(zhì)地表檢測點(diǎn)11個(gè)，草皮檢測點(diǎn)3個(gè),，另有簡易房房角檢測點(diǎn)1個(gè),，共計(jì)21個(gè)點(diǎn)位，除房角1點(diǎn)位和草皮3點(diǎn)位僅作為平面精度檢測外,，其余17點(diǎn)位可作平面,、高程精度檢測。

　　使用礦區(qū)內(nèi)D級GPS控制網(wǎng)的控制點(diǎn)作為控制基礎(chǔ),，利用RTK技術(shù),，在固定解狀態(tài)下進(jìn)行測量，為了保證檢測點(diǎn)自身精度,，每個(gè)檢測點(diǎn)進(jìn)行三次測量,，取差值小的坐標(biāo)值的平均值作為最終成果。

　　3.礦區(qū)地形測量精度分析

　　在當(dāng)前無人機(jī)航攝技術(shù)水平上,，主流的航攝系統(tǒng)平面精度比較容易滿足限差要求,，本文不再比較，僅對高程精度進(jìn)行重點(diǎn)檢驗(yàn),。根據(jù)規(guī)范規(guī)定,，平坦地區(qū)的高程注記點(diǎn)對于鄰近圖根控制點(diǎn)的高程中誤差不得超過7cm。一般高程注記點(diǎn)相對于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差不得超過15cm,。其余地區(qū)按等高線內(nèi)插點(diǎn)相對于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差來衡量,，按地形類別劃分不得超過表1的規(guī)定。

表1 不同地形類別高程中誤差標(biāo)準(zhǔn)

　　DEM平面檢測點(diǎn)點(diǎn)位精度最小值0.021m,，最大值0.362m,，平均值0.135m，檢測點(diǎn)高程中誤差0.162m,，允許中誤差0.25m,。經(jīng)分析，無人機(jī)航攝精度可以滿足礦區(qū)1:500復(fù)雜地形圖測量精度要求,。

Global Mapper軟件提取DEM地貌數(shù)據(jù)

　　4. 結(jié)束語

　　本次無人機(jī)航攝案例展示出復(fù)雜地形條件測繪大比例尺地形圖的優(yōu)勢,，充分說明小型無人機(jī)已經(jīng)成為一種成熟的新型低空航攝體系，可作為中高空航攝的有效補(bǔ)充,，在工程測量領(lǐng)域完成高精度地形圖測制工作,。天狼星小型無人機(jī)航攝系統(tǒng)配備的高集成化得軟件處理程序?qū)崿F(xiàn)了地形圖作業(yè)流程化，模塊化,，大大節(jié)省了外業(yè)數(shù)據(jù)坐標(biāo)采集工作量,，縮短了工期;同時(shí),，“簡約式”的工作流程，為測制單位節(jié)省了員工培訓(xùn)成本,，簡單培訓(xùn)就可以完成專業(yè)人員關(guān)于地形圖外業(yè)數(shù)據(jù)采集的工作,。已經(jīng)成為全野外數(shù)字化傳統(tǒng)測量手段的又一次革新，特別是在人工無法到達(dá)或者難于測繪的復(fù)雜地形區(qū)域,，高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高精度數(shù)字高程模型為土石方測算等提供了更加精細(xì)準(zhǔn)確的計(jì)量手段,。高精度智能無人機(jī)的應(yīng)用不僅突破了傳統(tǒng)航測理論束縛，顛覆了傳統(tǒng)測量概念,，而且超凡脫俗的作業(yè)模式,、所見即所得的作業(yè)效果更是引起測繪行業(yè)的重大變革，實(shí)現(xiàn)了有限測量數(shù)據(jù)到海量數(shù)據(jù)的獲取,，可以在眾多高精度測繪領(lǐng)域拓展應(yīng)用,。為地形復(fù)雜，工作人員無法進(jìn)入實(shí)地測量的地形測量工程項(xiàng)目提供了很好的借鑒,。

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　　作者簡介：李濤(1979-),，男(漢族)，碩士研究生,，副高級工程師,，主要研究方向：工程測量、GNSS理論及應(yīng)用,。E-mail：[email protected]

　　郵寄地址：山東省濟(jì)南市歷下區(qū)歷山東路9號 山東省國土測繪院 250100 手機(jī)13001700303

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