浙江省征地與資源交易中心 俞建康

無人機(jī)航測(cè)作為對(duì)信息數(shù)據(jù)采集的一種方式，與傳統(tǒng)的測(cè)繪數(shù)據(jù)采集及更新方式相比，無人機(jī)航攝系統(tǒng)擁有低成本、高效率、支持云層下作業(yè)，可快速及時(shí)獲取高分辨率大比例尺影像的優(yōu)勢(shì)，已成為航空攝影領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展方向。近年來隨著低空無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，以及普通數(shù)碼影像引入數(shù)字圖像處理及模式識(shí)別等理論和技術(shù)的成熟，無人機(jī)數(shù)字航攝系統(tǒng)以其機(jī)動(dòng)靈活、經(jīng)濟(jì)、便捷等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍和前景越來越廣闊，特別是在小范圍快速成圖、帶狀工程項(xiàng)目和建模方面顯示出其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展新常態(tài)的背景下，已有高速公路的工程正成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的中心之一。由于高速公路建設(shè)用地批后竣工復(fù)測(cè)會(huì)受到道路交通流量的影響，考慮安全、保通、進(jìn)度等影響因素，測(cè)量作業(yè)人員上高速公路測(cè)量風(fēng)險(xiǎn)較大，按精度及時(shí)間要求完成竣工復(fù)測(cè)存在較多困難。因此利用無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)完成杭新景高速公路建德壽昌至開化白沙關(guān)（浙贛界）工程建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是較理想的方法。

無人機(jī)航攝技術(shù)路線

本文結(jié)合杭新景高速公路建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)、不動(dòng)產(chǎn)登記發(fā)證等工作需要，針對(duì)無人機(jī)低空系統(tǒng)如何按照航空攝影測(cè)量的要求獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取的流程和最后攝影測(cè)量成果的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成果的應(yīng)用，探討無人機(jī)航攝技術(shù)在高速公路建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用。

一、批后監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)過程

經(jīng)多方論證，現(xiàn)場(chǎng)踏勘，最終決定采用低空無人飛機(jī)高精度攝影測(cè)量方式對(duì)杭新景高速公路建德壽昌至開化白沙關(guān)（浙贛界）工程建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行施測(cè)，獲取高質(zhì)量、大比例尺正射影像圖，并通過立體采集獲取1∶1000 大比例尺DLG 數(shù)據(jù)。

（一）測(cè)區(qū)概況

本測(cè)區(qū)杭新景高速公路建德壽昌至開化白沙關(guān)（浙贛界）工程起于建德壽昌鎮(zhèn)，經(jīng)建德市、衢江區(qū)、柯城區(qū)、常山縣、開化縣，終于開化縣白沙關(guān)浙贛兩省分界處，與江西省境內(nèi)已建成的景婺常（黃）高速公路相接。項(xiàng)目全長128.05 公里，杭新景高速公路工程建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)期間高速公路全線通車運(yùn)行，項(xiàng)目施測(cè)需考慮安全、保通、進(jìn)度等因素。傳統(tǒng)的純外業(yè)測(cè)繪效率相對(duì)較低，傳統(tǒng)的測(cè)量方式存在安全隱患，即要求測(cè)量人員上高速公路施測(cè)，工程進(jìn)度受雨天影響較大。利用無人機(jī)低空航測(cè)技術(shù)完成此次外業(yè)航飛任務(wù)，獲取該地區(qū)最新的影像數(shù)據(jù)，采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量法成圖是較好的選擇。

（二）無人機(jī)航測(cè)工作流程

根據(jù)對(duì)測(cè)區(qū)的實(shí)地調(diào)查情況，結(jié)合現(xiàn)有資料以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，確定杭新景高速公路建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)選用成都縱橫垂直起降無人機(jī)。該款無人機(jī)具有抗風(fēng)能力相對(duì)較強(qiáng)，空中飛行姿態(tài)比較穩(wěn)定，比較適合高精度低速航空攝影測(cè)量。成都縱橫CW—10 垂直起降固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)，搭載SONY A7R2全畫幅微單相機(jī)進(jìn)行航攝作業(yè)，技術(shù)路線如左圖所示。

根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z 3005—2010）要求，確定飛行路線、地面分辨率和相對(duì)航高。

本次無人機(jī)設(shè)計(jì)航線飛行方向?yàn)楦咚俟肪€路飛行，相對(duì)航高為460 米，航線重疊度為75%，旁向重疊度50%，像元大小為4.8 微米，影像地面分辨率為0.05 米，有效架次10 次，總共獲取4217 張照片，無人機(jī)由于搭載的是非量測(cè)相機(jī)數(shù)碼相機(jī)，其受地區(qū)和環(huán)境的影響較大；無人機(jī)航飛相片邊緣易產(chǎn)生相應(yīng)的畸變；因此在空三加密平差時(shí)，會(huì)針對(duì)上述情況，結(jié)合實(shí)際，選取合理的加密點(diǎn)，保證空三加密和正射糾正的精度。

（三）數(shù)據(jù)處理軟件介紹

本文引入武漢訊圖公司開發(fā)的GODWORK、EOS 軟件完成正射影像圖制作，使用GODWORK 軟件進(jìn)行影像空三加密平差，恢復(fù)立體像對(duì)；結(jié)合全數(shù)字化測(cè)圖平臺(tái)航天遠(yuǎn)景Mapmartix 軟件進(jìn)行立體測(cè)圖，制作相應(yīng)的DLG 數(shù)據(jù)。

（四）數(shù)據(jù)處理

GODWORK 是針對(duì)航空遙感影像數(shù)據(jù)研發(fā)的高自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理軟件，該軟件以當(dāng)前國內(nèi)外主流攝影測(cè)量流程為依據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺的最新理論，提出了一套完整的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理解決方案，通過導(dǎo)入控制點(diǎn)生成具有真實(shí)地理參考以及詳細(xì)彩色紋理的立體像對(duì)和正射影像，生成分辨率約為0.06 米的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)。

本文使用GPS RTK 動(dòng)態(tài)量測(cè)所需像片控制點(diǎn)，可以同時(shí)獲取地物的平面和高程信息，由于無人機(jī)航空攝影要求影像重疊度大，基線較短，根據(jù)《1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》（GB/T 7931—2008），外業(yè)像片控制點(diǎn)布設(shè)要求沿高速公路布設(shè)，具體即為沿航向間隔400 米布點(diǎn)。

空三加密是決定無人機(jī)航空攝影像成圖精度的關(guān)鍵步驟；本文分別使用GODWORK 軟件中GODWORK—AT 模塊進(jìn)行無人機(jī)影像空三加密和平差，軟件通過判讀導(dǎo)入的控制點(diǎn)和量測(cè)的控制點(diǎn)之間的偏差，基于Patb 光束法嚴(yán)格平差，計(jì)算點(diǎn)位殘差，保證立體測(cè)圖所需像對(duì)的精度。

其后本文根據(jù)空三加密、平差恢復(fù)的影像立體像對(duì)，于數(shù)字化測(cè)圖平臺(tái)Mapmartix 軟件進(jìn)行DLG 數(shù)據(jù)采集工作。該軟件基于高速公路線路方式的無縫測(cè)圖，作業(yè)步驟包括建立工程、引入空三成果、分割模型、分配任務(wù)、客戶端進(jìn)行生產(chǎn)、客戶端成果上交等。

此外軟件不需要提前采集核線，可以采用實(shí)時(shí)核線進(jìn)行測(cè)圖；能根據(jù)外方位元素和影像重疊度自動(dòng)組合立體像對(duì)，生成最佳的交會(huì)角，提高測(cè)圖的高程精度，也支持自動(dòng)、手動(dòng)切換立體模型。這樣的工作方式免除了模型接邊，方便生產(chǎn)人員操作，提高了測(cè)圖的效率。

平面精度統(tǒng)計(jì)表 單位：米

（五）外業(yè)補(bǔ)繪與調(diào)繪

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，需通過外業(yè)補(bǔ)繪與調(diào)繪工作檢核內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)成果，對(duì)于內(nèi)業(yè)無法測(cè)量、識(shí)別的地物通過外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地確認(rèn)，主要關(guān)注以下幾個(gè)方面。

1.對(duì)內(nèi)業(yè)預(yù)判的地形圖要素進(jìn)行核查、糾錯(cuò)、定性。

2.對(duì)內(nèi)業(yè)漏測(cè)和難以準(zhǔn)確判繪的圖形信息(如遮蓋區(qū)域)，特別是由于地物遮擋造成的影像模糊，導(dǎo)致少量地物要素難以準(zhǔn)確采集或漏采集的情況。部分線狀懸空的地物，如電力線、鐵絲絨網(wǎng)等，立體模型采集難度大，難以從模型中準(zhǔn)確辨別其走向和連接關(guān)系的情況。

3.對(duì)內(nèi)業(yè)難以獲取的屬性信息（如地理名稱等）進(jìn)行調(diào)繪，如檢修井的屬性信息、路名、企事業(yè)單位等注記信息。

（六）數(shù)據(jù)精度分析

影像數(shù)據(jù)依據(jù)《1∶500、1∶1000、1∶2000 地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》（GB/T7931—2008）要求獲取全部影像數(shù)據(jù)。采用 GPS—RTK 加密測(cè)量航線中像控點(diǎn)的三維坐標(biāo)。使用 GODWORK—AT 軟件對(duì)像控點(diǎn)坐標(biāo)精度進(jìn)行分析，可以達(dá)到成圖精度要求。

根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果 1︰500、1︰1000、1︰2000數(shù)字正射影像圖》（CH/T9008.3—2010）可知，DOM 地物點(diǎn)相對(duì)于實(shí)地同名點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不得大于平地、丘陵地0.6 毫米，山地、高山地0.8毫米。特殊地區(qū)可放寬0.5 倍，規(guī)定2 倍中誤差為其限差。

無人機(jī)正射影像的幾何精度，可以采用影像與控制點(diǎn)、檢查點(diǎn)的套合檢查以及拼接線的檢查。本文利用EOS 軟件可以快速通過多視圖影像對(duì)重疊照片進(jìn)行處理，生成的高分辨率正射影像，再利用Photoshop 進(jìn)行勻色修補(bǔ)輸出單幅影像，由圖可知影像接邊處色彩過渡自然，地物接邊合理，人工地物完整，無重影和發(fā)虛現(xiàn)象，實(shí)際平面精度可達(dá)0.25 米，滿足上表相關(guān)規(guī)定。

為后續(xù)優(yōu)化空三、立體建模提供精確的地理參考，本文在GODWORK—AT 軟件處理過程中導(dǎo)入的實(shí)測(cè)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以基于照片對(duì)齊后生成的稀疏點(diǎn)云，創(chuàng)建的Mesh 手動(dòng)更新照片上控制點(diǎn)標(biāo)記的位置，再借助軟件匹配提示，實(shí)時(shí)更新控制點(diǎn)在照片上量測(cè)的位置。

根據(jù)無人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，GODWORK—AT 軟件可以自動(dòng)化進(jìn)行空三數(shù)據(jù)處理，本文根據(jù)《數(shù)字航空攝影測(cè)量空中三角測(cè)量規(guī)范》確定相關(guān)指標(biāo)精度，設(shè)定平差閾值，保證加密精度。加密之后的測(cè)區(qū)控制點(diǎn)平面中誤差約為4.1 厘米，高程中誤差約為6.2 厘米，滿足相關(guān)測(cè)圖精度要求。

為評(píng)價(jià)基于無人機(jī)航測(cè)技術(shù)的大比例地形圖測(cè)繪方法所測(cè)1︰1000DLG 的精度水平，對(duì)采用本方法完成的杭新景高速公路建德壽昌至開化白沙關(guān)（浙贛界）工程建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)1∶1000 比例尺地形圖采用野外散點(diǎn)法分別進(jìn)行平面和高程精度檢測(cè)。

平面精度檢測(cè)共檢測(cè)明顯地物點(diǎn)473 個(gè)，剔除9 處粗差，粗差率為1.9%，最大誤差0.290 米，最小誤差0.030 米，中誤差為±0.118 米，小 于《1∶500、1∶1000、1∶2000 地形圖航空攝影測(cè)量內(nèi)業(yè)規(guī)范》（GB/T 7930—2008）所規(guī)定的地物點(diǎn)相對(duì)于鄰近平面控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差（±0.60 米），檢測(cè)數(shù)據(jù)如上表所示。

高程精度檢測(cè)共檢測(cè)高程點(diǎn)522 個(gè)，剔除12 處粗差，粗差率為2.3%，最大誤差0.260 米，最小誤差0.012 米，中誤差為±0.126 米，小于 《1∶500、1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量內(nèi)業(yè)規(guī)范 》（GB/T 7930—2008）所規(guī)定的高程注記點(diǎn)相對(duì)于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差（±0.15 米）。

經(jīng)檢驗(yàn)，該項(xiàng)目的精度達(dá)到規(guī)范“優(yōu)級(jí)品”的要求。平面精度與高程精度均滿足杭新景高速公路建德壽昌至開化白沙關(guān)（浙贛界）工程建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)項(xiàng)目要求和1∶1000 地形圖航空攝影測(cè)量數(shù)字化測(cè)圖的規(guī)范要求。

二、批后監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)問題及解決措施

經(jīng)過本次無人機(jī)航測(cè)獲取高清正射影像圖和1:1000 大比例尺DLG線劃圖的生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)測(cè)量相比，在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率、人員安全保障和勞動(dòng)強(qiáng)度及成果要素全面性等方面都有了極大的提升和突破。

（一）無人機(jī)航測(cè)

用航測(cè)的解決方案來完成整個(gè)項(xiàng)目需要做以下工作：1.像控點(diǎn)的布設(shè)；2.航飛；3.空三加密；4.DLG的采集；5.外業(yè)調(diào)繪；6.內(nèi)業(yè)編輯。

（二）傳統(tǒng)測(cè)繪

傳統(tǒng)測(cè)量的地形圖精度高，但是對(duì)儀器、人員等方面要求較高，同時(shí)還受外界因素（天氣、溫度、地形條件等）影響較大，無人機(jī)航測(cè)具有快速方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在成圖精度略低于人工測(cè)量的精度、空中飛行安全性低等缺點(diǎn)。

（三）無人機(jī)航測(cè)在高速公路竣工復(fù)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)用中的創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)實(shí)踐證明，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行高速公路建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)，能夠滿足規(guī)范精度的要求，是測(cè)繪技術(shù)的重大嘗試和成功應(yīng)用，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

1.作業(yè)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小。無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)響應(yīng)迅速，數(shù)據(jù)獲取快捷，作業(yè)效率提升。與傳統(tǒng)的大比例尺地形圖測(cè)繪方法相比，應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以大幅降低外業(yè)工作量和工作強(qiáng)度。

2.數(shù)據(jù)采集直觀、全面。正射影像數(shù)據(jù)和立體模型數(shù)據(jù)分別從二維和三維世界再現(xiàn)地物的分布特征，直觀、精確地反應(yīng)了項(xiàng)目用地的位置、路基、服務(wù)區(qū)、樞紐互通、鐵絲網(wǎng)、雨水結(jié)水溝和未批先用、批東建西等要素，作業(yè)員可直接在二三維作業(yè)環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和編輯。

3.數(shù)據(jù)精度高，干擾性因素少。在高速公路測(cè)量時(shí)，作業(yè)員經(jīng)常遇到現(xiàn)場(chǎng)不配合或者地形地貌過于復(fù)雜的現(xiàn)象，從而難以確保地形圖的準(zhǔn)確性。利用無人機(jī)攝影技術(shù)進(jìn)行高速公路建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)的大比例尺地形圖測(cè)繪，以非接觸模式在二三維環(huán)境作業(yè)，可準(zhǔn)確定位地物特征點(diǎn)位，確保數(shù)據(jù)精度和全面性。

三、結(jié)束語

無人機(jī)航測(cè)是傳統(tǒng)地面測(cè)繪的有力補(bǔ)充，在高速公路建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中優(yōu)勢(shì)明顯，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)繪手段在信息化測(cè)繪時(shí)代難以滿足生產(chǎn)需求的不足，提高了高速公路建設(shè)用地批后監(jiān)測(cè)的效率，加快了建設(shè)用地竣工復(fù)測(cè)的進(jìn)度，其數(shù)據(jù)精度與傳統(tǒng)測(cè)繪相近，顯著縮短了生產(chǎn)周期。隨著無人機(jī)攝像分辨率以及穩(wěn)定性的不斷提升，無人機(jī)技術(shù)必將在自然資源管理中得到廣泛應(yīng)用。但是在對(duì)隱蔽工程、水下工程或者被樹木遮蓋區(qū)域，傳統(tǒng)的實(shí)地勘察巡檢工作仍然是有必要的。