孫訓(xùn)斌，蔡 威，李 楊

(1.宿遷市公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 宿遷 223800;2.江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心，江蘇 南京 210013)

數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)是一種新型的測(cè)量方法，一般要先搭建無(wú)人機(jī)傾斜攝影平臺(tái)，配合空三建模軟件和三維立體測(cè)圖軟件等其他軟件進(jìn)行使用。該技術(shù)具有機(jī)動(dòng)靈活、快速高效、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。本文以徐州新沂市地形圖更新項(xiàng)目為例，介紹了如何利用數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行1∶1 000大比例尺地形圖的測(cè)制。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)

1.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影平臺(tái)

無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)采用的是CW-15垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)傾斜攝影平臺(tái)，該平臺(tái)采用固定翼結(jié)合四旋翼的復(fù)合翼布局形式，以簡(jiǎn)單可靠的方式解決了固定翼無(wú)人機(jī)垂直起降的難題，兼具固定翼無(wú)人機(jī)航時(shí)長(zhǎng)、速度高、距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)和旋翼無(wú)人機(jī)垂直起降的功能[1-2]。專門(mén)針對(duì)大鵬系列無(wú)人機(jī)研發(fā)的工業(yè)級(jí)飛控與導(dǎo)航系統(tǒng)能夠保證無(wú)人機(jī)全程自主飛行，無(wú)需操作人員干預(yù)完成巡航、飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換、垂直起降等飛行階段。無(wú)人機(jī)傾斜攝影平臺(tái)的詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

表1 CW-15垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)參數(shù)

1.2 空三建模軟件

本文研究中的影像數(shù)據(jù)處理軟件采用的是Pix4d Mapper無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)與航空?qǐng)D像處理軟件，空三建模軟件采用的是Inpho攝影測(cè)量系統(tǒng)的MATCH-AT全自動(dòng)空三加密和平差軟件模塊。Inpho是攝影測(cè)量行業(yè)內(nèi)較為領(lǐng)先的攝影測(cè)量系統(tǒng)，其MATCH-AT全自動(dòng)空三加密和平差模塊具有高精度、高效率、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)。處理過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，需要人工設(shè)置和干預(yù)較少，極大減少了人工引起的誤差。在完成空三加密后就可以進(jìn)行三維模型建立。

1.3 立體測(cè)圖軟件

本文研究中立體測(cè)圖軟件采用的是清華山維公司EPS2016軟件，EPS提供了與Inpho系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，可以直接調(diào)用MATCH-AT的空三加密成果。將所需的空三加密成果、航攝影像、本底數(shù)據(jù)及測(cè)區(qū)范圍導(dǎo)入到EPS全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站進(jìn)行立體測(cè)圖，根據(jù)航空攝影測(cè)量的內(nèi)業(yè)規(guī)范以及圖式要求完成測(cè)區(qū)內(nèi)地物、地貌要素的采集。

2 外業(yè)調(diào)繪與數(shù)據(jù)檢測(cè)

對(duì)立體測(cè)圖采集的DLG要素進(jìn)行實(shí)地調(diào)繪、修改和補(bǔ)測(cè)，對(duì)內(nèi)業(yè)采集的DLG數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)地精度的檢測(cè)[3]。調(diào)繪采用的是將立測(cè)數(shù)據(jù)回放成1∶1 000比例尺DLG工作底圖，由作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)地核查。數(shù)據(jù)檢測(cè)采用的是GNSS-RTK測(cè)量與全站儀測(cè)量相結(jié)合的方式。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 測(cè)區(qū)概況

本實(shí)驗(yàn)所選的測(cè)區(qū)位于江蘇省徐州市新沂市主要城市建成區(qū)，地勢(shì)平坦，測(cè)區(qū)面積67.81 km2。利用CW-15垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)根據(jù)測(cè)區(qū)地形、地貌的特點(diǎn)，進(jìn)行航攝線路的布設(shè)，并在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量的野外控制點(diǎn)用于像片控制和成果質(zhì)量檢查，再將采集到的原始影像、相機(jī)檢校、航飛數(shù)據(jù)等進(jìn)行差分POS解算、影像匹配、空三加密、立體測(cè)圖、外業(yè)調(diào)繪[4]，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)區(qū)1∶1 000大比例尺地形圖測(cè)制方法。詳細(xì)技術(shù)路線如圖1所示。

本文研究中坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高斯克呂格，中央子午線117°，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3.2 航空攝影

由于受測(cè)區(qū)范圍、地形起伏、機(jī)載能源的限制等，需要多個(gè)架次才能滿足任務(wù)的需要，因此需要對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行航攝分區(qū)。航攝分區(qū)需綜合測(cè)區(qū)地形和范圍、影像重疊度、地面分辨率、相機(jī)參數(shù)等因素，在分區(qū)過(guò)程中由于重疊度、分辨率、相機(jī)參數(shù)等一般都是固定不變的，所以航攝分區(qū)主要是考慮測(cè)區(qū)形狀、地形因素的影響。

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，按照如下原則進(jìn)行航攝分區(qū)：

1)航攝分區(qū)劃分盡量規(guī)則，一般呈矩形為最優(yōu)，方便后期像控點(diǎn)的布設(shè)[5]。

2)分區(qū)界線的長(zhǎng)邊方向應(yīng)與航向的方向一致。

3)相鄰分區(qū)應(yīng)有重疊。

4)分區(qū)的總范圍比測(cè)區(qū)實(shí)際范圍要大，保證對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)全部覆蓋。

5)航攝分區(qū)的范圍大小適中，無(wú)人機(jī)起降點(diǎn)距離分區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離不超過(guò)無(wú)人機(jī)通訊系統(tǒng)允許的最遠(yuǎn)距離。

航向重疊度達(dá)到80%，旁向重疊度達(dá)到了70%。航攝分區(qū)圖如圖2所示。

3.3 像片控制

像控點(diǎn)按照能夠完全覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，上下布設(shè)到測(cè)區(qū)范圍之外，像控點(diǎn)應(yīng)布設(shè)到空曠無(wú)遮擋的地方，可以采用地面噴繪油漆作為測(cè)量標(biāo)志。像控點(diǎn)的測(cè)量利用GNSS-RTK測(cè)量方法，并現(xiàn)場(chǎng)制作點(diǎn)之記以供內(nèi)業(yè)進(jìn)行刺點(diǎn)進(jìn)行空三加密使用。像控點(diǎn)布設(shè)情況如圖3所示。

3.4 解析空中三角測(cè)量

空三加密使用Inpho攝影測(cè)量系統(tǒng)的MATCH-AT全自動(dòng)空三加密和平差模塊完成。首先用專門(mén)的無(wú)人機(jī)影像處理軟件(Pix4D,Inpho的無(wú)人機(jī)模塊等)先計(jì)算出影像相對(duì)精確的外方位元素和影像畸變參數(shù)，并通過(guò)去畸變軟件去除影像畸變，然后再通過(guò)精密的大飛機(jī)空三加密模塊進(jìn)行空三加密(見(jiàn)圖4)。

3.5 DLG生產(chǎn)

在立體環(huán)境下，根據(jù)1∶1 000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范以及地形圖圖式要求進(jìn)行地物、地貌的采集。采集完成后安排專門(mén)的技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)地調(diào)繪、修補(bǔ)測(cè)等工作[6]。最終根據(jù)EPS-CASS要素和代碼對(duì)稱表，導(dǎo)出dwg格式文件，從而獲得最終的地形圖成果(見(jiàn)圖5)。

3.6 精度檢測(cè)

在經(jīng)過(guò)外業(yè)人員的調(diào)繪和編輯、整飾后，即為最終的地形圖數(shù)據(jù)。在出圖前，還要進(jìn)行最重要的一步，即地形圖精度檢測(cè)，包括平面精度檢測(cè)、高程精度檢測(cè)。測(cè)區(qū)共67.81 km2，總體的變化量約21.52 km2，根據(jù)《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》，由江蘇省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站進(jìn)行測(cè)繪產(chǎn)品的檢驗(yàn)。質(zhì)監(jiān)站對(duì)變化區(qū)域分6個(gè)區(qū)域隨機(jī)抽取樣本26幅，針對(duì)這26幅進(jìn)行詳細(xì)的圖面檢查、平面精度檢測(cè)、高程精度檢測(cè)，經(jīng)檢驗(yàn)，精度均滿足1∶1 000地形圖產(chǎn)品要求(見(jiàn)表2～表4)。

表2 絕對(duì)精度統(tǒng)計(jì)表

表3 相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)表

表4 高程精度統(tǒng)計(jì)表

3.7 應(yīng)用分析

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量具有高效、智能、專業(yè)快速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)，且精度足以滿足1∶1 000比例尺地形圖精度要求。工作時(shí)只需將地面影像照片傳送到從事測(cè)繪工作的技術(shù)人員進(jìn)行分析和處理，即可以編輯成需要的測(cè)繪產(chǎn)品，極大地提高了工作效率，減輕了測(cè)繪工作者的工作量[7]。

4 結(jié)論

基于本測(cè)區(qū)地形圖項(xiàng)目，說(shuō)明數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)可以用于生產(chǎn)1∶1 000大比例尺地形圖，且適用于多種復(fù)雜的地形地貌。相比于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)，有著高效、自動(dòng)、智能、節(jié)源等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以大范圍推廣使用。