郭結(jié)瓊，王法景

(1.青島市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 青島 266071；2.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

0 引言

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)作為新型測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)手段，在傳統(tǒng)數(shù)字測(cè)圖、正射影像生產(chǎn)等方面有其傳統(tǒng)測(cè)量不可替代的優(yōu)勢(shì)[1-3]。利用無(wú)人機(jī)生產(chǎn)制作4D測(cè)繪產(chǎn)品、三維建模成為行業(yè)的熱門話題。本文基于傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)，結(jié)合國(guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略無(wú)人機(jī)航測(cè)正射影像生產(chǎn)、大比例尺制圖工程實(shí)施實(shí)例，利用大疆系列無(wú)人機(jī)易操作、可靠度高且具備實(shí)時(shí)差分、免像控的綜合優(yōu)勢(shì)，采用達(dá)北公司研發(fā)的智行平民化無(wú)人機(jī)智能操作系統(tǒng)—“智行”航線規(guī)劃軟件進(jìn)行前期數(shù)據(jù)采集，采用兩種不同方案進(jìn)行大比例尺航測(cè)正射影像、地形圖生產(chǎn)。第一種內(nèi)業(yè)生產(chǎn)方案采用Pix4D軟件對(duì)航飛數(shù)據(jù)進(jìn)行空三測(cè)量，得到數(shù)字表面模型(DSM)和數(shù)字正射影像(DOM)，經(jīng)過(guò)濾波和平滑處理后，得到數(shù)字高程模型(DEM)，再將空三成果恢復(fù)立體，用立體采集軟件EPS進(jìn)行地形圖采集，得到1∶1 000數(shù)字線化圖(DLG)，完成大比例尺地形圖測(cè)量工作。利用ContexCapture Center(CC)、清華山維EPS作為內(nèi)業(yè)生產(chǎn)的第二套方案，并在精度方面與前者進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然后者普及率不如前者，但能得到更高的測(cè)量精度，可以作為無(wú)人機(jī)航測(cè)內(nèi)業(yè)處理的有效補(bǔ)充。

1 影像獲取及預(yù)處理

項(xiàng)目所在地溝壑縱橫，高差相對(duì)較大，不利于傳統(tǒng)全站儀、RTK等手提式的儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。綜合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，本項(xiàng)目采用目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的大疆無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行測(cè)繪。依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際要求，所提供的正射影像需要優(yōu)于1∶2 000的分辨率。針對(duì)山區(qū)信號(hào)差，無(wú)法加載地圖這一問(wèn)題，本項(xiàng)目采用離線地圖的方式進(jìn)行，在信號(hào)好的地方提前將測(cè)區(qū)離線地圖數(shù)據(jù)加載，確保在信號(hào)較差的地方依然能完成作業(yè)，獲取完整的無(wú)人機(jī)遙感影像。

1.1 影像數(shù)據(jù)獲取

結(jié)合本次項(xiàng)目工程中的實(shí)際地形特點(diǎn)，大面積正射影像生產(chǎn)時(shí)，將測(cè)區(qū)劃分為4個(gè)測(cè)區(qū)，最后通過(guò)軟件進(jìn)行相關(guān)影像鑲嵌。為保證成圖質(zhì)量，提前制作無(wú)人機(jī)標(biāo)靶作為像控點(diǎn)并利用RTK進(jìn)行像控點(diǎn)的坐標(biāo)采集，同時(shí)選擇少量作為檢核點(diǎn)對(duì)成圖質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

1.2 飛行質(zhì)量檢查

在外業(yè)飛行過(guò)程中，作業(yè)人員通過(guò)地面站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)，確保外場(chǎng)飛行安全和數(shù)據(jù)完整。在外場(chǎng)數(shù)據(jù)采集完成后，可現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)智行軟件檢圖功能對(duì)本次采集的影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保相片有效范圍覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。

1.3 空三解算

項(xiàng)目正射影像部分分別采用ContexCapture Center(CC)和Pix4D的方式生成測(cè)區(qū)點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字表面模型DSM和數(shù)字正射影像圖DOM。由于空三匹配中連接點(diǎn)線性關(guān)系、迭代性等，空三報(bào)告精度并不能很好地代表測(cè)圖精度，因此應(yīng)先檢查點(diǎn)精度，才能進(jìn)行地形圖DLG生產(chǎn)作業(yè)。圖1為正射影像。

2 兩種地形圖生產(chǎn)方法

傳統(tǒng)的數(shù)字線劃圖DLG生產(chǎn)采用如VirTuoZo、JX-4等在立體像對(duì)上進(jìn)行采集。但此方法存在專業(yè)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集速度慢等缺點(diǎn)。因此本文結(jié)合現(xiàn)有的軟件優(yōu)勢(shì)，采用Pix4D和CASS相結(jié)合、CC+EPS相結(jié)合的方式獲取測(cè)繪地形圖，并對(duì)兩種成圖結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)，對(duì)兩種方法的成圖精度進(jìn)行了分析[4-7]。

圖1 正射影像

2.1 Pix4D、CASS相結(jié)合生產(chǎn)地形圖

通過(guò)Pix4D軟件生產(chǎn)高分辨率的正射影像圖,利用CASS軟件加載數(shù)據(jù)量比較大的優(yōu)點(diǎn),將Pix4D軟件生產(chǎn)的高分辨率正射影像數(shù)據(jù)加載到軟件繪圖界面,已加載的高分辨率正射影像圖為基礎(chǔ)，依據(jù)國(guó)家基本比例尺地形圖圖示和外業(yè)測(cè)圖規(guī)程等規(guī)范要求對(duì)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行數(shù)字化成圖工作，實(shí)現(xiàn)測(cè)區(qū)內(nèi)建筑物、道路、植被等各類地物地貌的矢量化;完成測(cè)區(qū)整體地物繪制后添加采集到的高程數(shù)據(jù)，并在高程點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)需繪制等高線的區(qū)域構(gòu)建三角網(wǎng)、生成等高線；完成成圖工作后對(duì)整個(gè)任務(wù)區(qū)的成果進(jìn)行綜合的檢查、圖幅整飾等處理,最終得到完整的任務(wù)區(qū)大比例尺地形圖成果。

2.2 CC、EPS相結(jié)合生產(chǎn)地形圖

首先利用CC傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)獲取的高分辨率、高重疊度影像數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角測(cè)量，然后經(jīng)過(guò)影像的密集匹配、三角網(wǎng)構(gòu)建和紋理映射等處理，最終根據(jù)需要生成測(cè)區(qū)真正射影像等；然后以EPS三維測(cè)圖系統(tǒng)將獲取的DOM和DSM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為EPS可識(shí)別的格式,實(shí)現(xiàn)EPS中正射影像和三維模型的加載，通過(guò)二維和三維兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行二三為的聯(lián)動(dòng)操作，進(jìn)行任務(wù)區(qū)域大比例尺地形數(shù)據(jù)采集工作。

在數(shù)字化成圖的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)三維窗口中的實(shí)景三維模型的高程信息進(jìn)行合理采集，可以直接得到測(cè)區(qū)內(nèi)分布合理的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，在高程點(diǎn)的基礎(chǔ)上構(gòu)建三角網(wǎng),并進(jìn)一步繪制生成所需等高距的等高線。最后對(duì)整個(gè)任務(wù)區(qū)域的數(shù)字化成果進(jìn)行綜合的檢查、整飾以及拓?fù)潢P(guān)系質(zhì)檢等相關(guān)處理,即可輸出得到最終的大比例尺地形圖成果。

3 精度分析

兩種方法在進(jìn)行正射影像生產(chǎn)、地形圖制作等有其各自的優(yōu)勢(shì)。為了比較兩種成圖方案的成圖精度，選擇測(cè)區(qū)內(nèi)之前布好的像控點(diǎn)標(biāo)靶5個(gè)檢核點(diǎn)對(duì)兩種測(cè)圖方法進(jìn)行精度評(píng)定，Pix4D+CASS的測(cè)圖精度如表1所示，CC+EPS測(cè)圖精度如表2所示。

表1 Pix4D+CASS測(cè)圖精度評(píng)定

表2 CC+EPS測(cè)圖精度評(píng)定

依據(jù)低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范和1∶500，1∶1 000，1∶2 000 地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范等要求。從表1和表2可以看出，上述兩種成圖方案都能滿足大比例尺測(cè)圖的規(guī)范和要求[8-10]。通過(guò)兩種方法的測(cè)圖進(jìn)行對(duì)比，在平面精度方面，采用Pix4D+CASS成圖方案和CC+EPS成圖方案基本一致，均保持了很好地測(cè)圖精度，而在高程精度方面，CC+EPS測(cè)圖精度要顯著優(yōu)于Pix4D+CASS的測(cè)圖方法。分析其原因，主要是EPS能夠三維可視化，這是CASS二維所不能達(dá)到的，三維能夠顯著改善地物的辨識(shí)度，提高測(cè)圖精度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于達(dá)北“智行”系列無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際航測(cè)正射影像、地形圖大比例尺生產(chǎn)案例為依托，利用“智行”航線規(guī)劃軟件進(jìn)行前期數(shù)據(jù)采集，利用CC+EPS、Pix4D+CASS兩種方式進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，獲取正射影像與大比例尺地形圖。結(jié)果表明：兩種方法能夠高質(zhì)量完成大比例尺測(cè)圖的要求，Pix4D和CASS方案較為常用，能降低生產(chǎn)成本、使用效率高；CC和EPS方案相比較前者具有更高的測(cè)量精度，尤其是高程精度方面，但是效率相對(duì)較低。