摘要：航空攝影測量是當(dāng)代快速獲取地理信息的重要技術(shù)手段，傳統(tǒng)的測量手段通過全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀以及全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）等測量儀器獲取地理數(shù)據(jù)信息，但這些方式具有生產(chǎn)周期長、工作步驟繁瑣、受環(huán)境因素影響大、人員需求多、成本費(fèi)用高等缺點(diǎn)。以貴陽市阿哈湖水庫區(qū)域測量為工程背景，探討了基于無人機(jī)航空攝影測量的正射影像圖制作，精度驗(yàn)證表明，最大點(diǎn)位中誤差為0.563，平均點(diǎn)位中誤差為0.420，符合平地平面位置中誤差0.6m的精度要求。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)遙感數(shù)字地形模型數(shù)字正射影像圖

中圖分類號：P237;TP751

ResearchontheProductionofOrthophotoMapsBasedonUVAImages

ZHOUGuiqiang

GuiyangSurveyingandMappingInstitute，GuiyangCity，GuizhouProvince，550081China

Abstract：AerialPhotogrammetryisanimportanttechnologicalmeansforquicklyobtaininggeographicinformationincontemporarytimes.Traditionalmeasurementmethodsobtaingeographicdatainformationthroughmeasuringinstrumentssuchastotalstations，levels，theodolites，andGlobalPositioningSystem（GPS）.However，thesemethodshavethedisadvantages&nbsiajDhM8C9zbS3BYQcTegFQ==p;oflongproductioncycles，cumbersomeworksteps，highenvironmentalfactors，highpersonneldemand，andhighcost.TakingthemeasurementoftheAhaLakeReservoirareainGuiyangCityastheengineeringbackground，thispaperexplorestheproductionoforthophotomapsbasedonunmannedaerialvehicle（UVA）aerialphotogrammetry.Theaccuracyverificationshowsthatthemaximumpointmeansquareerroris0.563，andtheaveragepointmeansquareerroris0.420，whichmeetstheprecisionrequirementof0.6minflatgroundposition.

KeyWords：UAV;Remotesensing;Digitalterrainmodel;Digitalorthophotomaps

近年來，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）、激光雷達(dá)以及無人機(jī)等現(xiàn)代測量設(shè)備發(fā)展迅速，促使地理空間信息數(shù)據(jù)的采集手段更加多樣化、高效，成本也更低[1]。其中，無人機(jī)（UnmannedAerialVehicle，UAV）作為高效靈活的新型遙感平臺，能夠搭載各種傳感器對目標(biāo)地區(qū)采集高分辨率的數(shù)據(jù)，特別是對于車輛和人員無法直接到達(dá)的危險(xiǎn)區(qū)域，可大大減少外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作的成本，提高作業(yè)效率和作業(yè)的安全性[2]。

數(shù)字正射影像圖（DigitalOrthophotoMap，DOM），是將航攝相片或遙感影像（單/彩色）掃描處理后，經(jīng)逐像元輻射改正、微分校正、鑲嵌，再按一定的圖幅裁切、圖廓整飾，生成以柵格數(shù)據(jù)形式存儲的影像數(shù)據(jù)。DOM具有地形圖的幾何精度和影像特征，相較于傳統(tǒng)的符號化地形圖，有著信息豐富、精度高、空間分辨率高、圖案特征真實(shí)直觀、現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，從中可提取出自然信息和人文信息，并以此為基礎(chǔ)派生出新的產(chǎn)品和信息。DOM作為攝影測量的重要產(chǎn)品，被廣泛運(yùn)用到各領(lǐng)域中。隨著技術(shù)發(fā)展，DOM在越來越多的領(lǐng)域都有很高的應(yīng)用價(jià)值，在城市建設(shè)規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測、生態(tài)變化監(jiān)測、土地利用、海岸線保護(hù)、地理國情普查等領(lǐng)域中都發(fā)揮了重要作用[3]。

1測量區(qū)域與數(shù)據(jù)獲取

1.1測量區(qū)域

本次測量范圍涉及貴陽市阿哈湖水庫區(qū)域，總面積約112km2，位于北緯26.45°～26.58°，東經(jīng)106.548°～106.68°之間。

1.2已有資料分析與利用

（1）項(xiàng)目區(qū)內(nèi)國家C級控制網(wǎng)控制點(diǎn)4個（H093、H066、H086、H079），可以作為像控點(diǎn)起算聯(lián)測點(diǎn)。

（2）收集的已有全國30m格網(wǎng)通用數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，DEM），作測區(qū)航線規(guī)劃。

（3）近年來的2m分辨率衛(wèi)星影像，作為航飛調(diào)控與像控布點(diǎn)的參考資料。

1.3無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取

測量使用縱橫大鵬CW-30無人機(jī)，該機(jī)型為雙尾撐布局、后推式油動主要參數(shù)固定翼無人機(jī)，具有垂直起降、全自主飛行、航時長、速度快、載荷大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠性高等特點(diǎn)[4]。

根據(jù)本次航攝需要，為滿足1∶1000DOM制作精度，相機(jī)采用飛思相機(jī)IXU_RS1000，飛機(jī)飛行相對高度為580m，絕對航高為1740m，地面分辨率為5～7cm，航向重疊70%～81%，旁向重疊45%～64%。

1.4地面控制點(diǎn)（GroundControl Point，GCP）布局

此次航拍區(qū)域大，地形地勢起伏明顯，綜合考慮各種軟硬件條件因素，采用合并區(qū)域進(jìn)行空三，據(jù)此在整個測區(qū)內(nèi)合理進(jìn)行像控布點(diǎn)與量測，獲取最終所需的坐標(biāo)，提交航飛內(nèi)業(yè)剌點(diǎn)。本次像控采集共計(jì)169個，分布情況如圖1所示。

2數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

2.1資料準(zhǔn)備

在對任務(wù)范圍航拍之后，獲得初始格式為JPG影像和經(jīng)緯度格式的相片高精度位置與姿態(tài)測量系統(tǒng)（PositionandOrientationSystem，POS）數(shù)據(jù)，以及收集的其他相關(guān)的資料。在進(jìn)行空三處理之前，根據(jù)地形資料和飛行POS數(shù)據(jù)對空三加密區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)籌安排和預(yù)處理，綜合考慮各種影響因素，將各架次數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類，對3個架次數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。然后據(jù)此對各個分測區(qū)原始影像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，畸變差糾正，金字塔處理。

對其他地形資料、影像資料和像控資料進(jìn)行整理，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。根據(jù)空三測區(qū)的劃分，對這些資料統(tǒng)籌安排。

2.2空三加密處理

根據(jù)像控資料以及航拍實(shí)際情況，對測區(qū)進(jìn)行合理的劃分，為了保證后續(xù)拼接精度，分區(qū)之間必須要有足夠的重疊區(qū)和像控點(diǎn)位分布。逐一對各個分測區(qū)進(jìn)行內(nèi)定向、相對定向，建立測區(qū)內(nèi)各個相片之間的連接，在自動匹配過程中，需要人工添加一些相片連接點(diǎn)，以增強(qiáng)相片之間的連接強(qiáng)度。

完成自動匹配，各個分測區(qū)的自由網(wǎng)就成功建立了，因而可以根據(jù)外業(yè)像控資料進(jìn)行下一步的操作，即像控內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)刺。將刺點(diǎn)過程劃分3個步驟：第一，對原始像控相片和刺點(diǎn)片進(jìn)行對比，對兩者不一致或位置模糊的像控進(jìn)行外業(yè)檢核并重新拍照和刺點(diǎn)；第二，內(nèi)業(yè)刺點(diǎn)人員相互檢查刺點(diǎn)，對刺點(diǎn)位置不一致的測區(qū)和像控點(diǎn)位上交技術(shù)主管，待技術(shù)主管或外業(yè)人員確認(rèn)后，返回內(nèi)業(yè)確認(rèn)或重刺；第三，設(shè)定像控限差，對測區(qū)進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，對誤差超限的像控進(jìn)行調(diào)整和確認(rèn)，直至誤差滿足規(guī)范限差要求[5]。

內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)刺完各個分測區(qū)所有像控點(diǎn)后，分別對各個分測區(qū)進(jìn)行平差，輸出空三加密成果，同時統(tǒng)計(jì)各分測區(qū)定向點(diǎn)中誤差以及公共點(diǎn)定向中誤差。對于中誤差超限的分測區(qū)，逐步核查，各環(huán)節(jié)都檢查一遍，逐一分析引起中誤差超限的因素，并最終排除影響因素，使所有分測區(qū)的中誤差都在規(guī)范要求之內(nèi)。

2.3DTM/DEM生成及編輯

空三加密完成后，就可以通過空三加密成果生成數(shù)字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）或點(diǎn)云，而DTM或點(diǎn)云是制作DOM必不可少的要素。根據(jù)分測區(qū)的地形地勢情況，選擇合適的DTM類型以達(dá)到正確反映實(shí)際地形的高精度的數(shù)字地形模型[6]。

根據(jù)測區(qū)的地貌實(shí)際情況，逐一對各個測區(qū)生成的DTM進(jìn)行編輯，并把DTM編輯成果輸出，即獲得測區(qū)范圍的DEM成果，最終使得DOM正確反映當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。

2.4生成數(shù)字正射影像DOM

導(dǎo)入空三成果恢復(fù)立體模型，利用系統(tǒng)的自動匹配功能，生成高精度的數(shù)字表面模型（DigitalSurfaceModel，DSM），并設(shè)置參數(shù)進(jìn)行保留山體、去除房屋、提取水域等，同時導(dǎo)入采集的特征點(diǎn)、線文件，對DSM進(jìn)行修正得到反映地面特征的DTM數(shù)據(jù)。

對DTM進(jìn)行編輯，輸出DEM成果，然后利用DEM成果對原始影像進(jìn)行正射糾正，獲得單片正射糾正影像，通過鑲嵌軟件自動生成鑲嵌線，并疊合影像對鑲嵌線進(jìn)行必要的編輯，使得其不切割人工建筑物或橋梁，然后對整個測區(qū)的模型正射影像進(jìn)行無縫拼接，對測區(qū)DOM進(jìn)行調(diào)色處理，之后按照項(xiàng)目技術(shù)要求進(jìn)行1∶1000分幅裁切、圖廓整飾，形成標(biāo)準(zhǔn)分幅的DOM數(shù)據(jù)成果。

3精度評價(jià)

在測區(qū)范圍的均勻選取一定數(shù)量的、不同地形地貌條件下的明顯地物點(diǎn)，分別按外業(yè)控制點(diǎn)精度要求測量其實(shí)地坐標(biāo)和DOM圖解坐標(biāo)，獲取中誤差以對DOM影像質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，如表1所示，最大點(diǎn)位中誤差為0.563，平均點(diǎn)位中誤差為0.420，符合《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶5001∶10001∶2000數(shù)字正射影像圖》（CHT9008.3—2010）平地平面位置中誤差0.6m的精度要求。

4結(jié)語

以貴陽市阿哈湖水庫區(qū)域測量為工程背景，探討了基于無人機(jī)航空攝影測量的正射影像圖制作，精度驗(yàn)證表明，最大點(diǎn)位中誤差為0.563，平均點(diǎn)位中誤差為0.420，《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶5001∶10001∶2000數(shù)字正射影像圖》（CHT9008.3—2010）平地平面位置中誤差0.6m的精度要求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳穎.基于無人機(jī)傾斜攝影的TDOM生產(chǎn)制作研究[J].測繪與空間地理信息，2022，45（8）：242-244.

[3] 王瑾.低空免像控?zé)o人機(jī)測制大比例尺DOM應(yīng)用中關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2021.

[4] 賀海明，楊溪浩，林用智，等.一種DSM提取及TDOM生產(chǎn)的新方法[J].西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，43（2）：225-231.

[5] 呂海揚(yáng).基于車載LiDAR與無人機(jī)DOM構(gòu)建智慧園林?jǐn)?shù)據(jù)庫方法研究[D].連云港：江蘇海洋大學(xué)，2022.

[6] 王衛(wèi).垂直起降固定翼無人機(jī)航空攝影在TDOM制作中的應(yīng)用[J].江西測繪，2020（4）：17-20.