引言

傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量，受空域申請(qǐng)、航攝周期等影響，在快速響應(yīng)和小區(qū)域的精準(zhǔn)測(cè)繪中無(wú)法滿(mǎn)足快速更新的需求，低空無(wú)人機(jī)航測(cè)具有機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、作業(yè)成本低、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，迅速成為了傳統(tǒng)航測(cè)的有力補(bǔ)充。本文進(jìn)行了基于無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)的1∶2000DLG數(shù)據(jù)快速生產(chǎn)實(shí)踐，并對(duì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行了精度檢驗(yàn)，最后對(duì)實(shí)踐中存在的問(wèn)題提出了自己的思考。本文為偏遠(yuǎn)的茂密森林區(qū)快速獲取測(cè)圖數(shù)據(jù)提供了方法，也能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)航測(cè)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程

1.1　無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)

（1）基本流程

無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)流程為：收集測(cè)區(qū)資料，對(duì)測(cè)區(qū)所處地理位置、地形地貌等進(jìn)行評(píng)估，考慮周?chē)欠裼袡C(jī)場(chǎng)、軍區(qū)等，是否需要報(bào)備和空域申請(qǐng)等;然后根據(jù)成果要求（如成果比例尺、地面分辨率大小等）和已有無(wú)人機(jī)航測(cè)設(shè)備，確定是否可以飛行;確定可以飛行后，在地面站軟件進(jìn)行航線(xiàn)規(guī)劃，設(shè)置飛行高度、重疊度、起降場(chǎng)等，形成飛行計(jì)劃，必要時(shí)可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘;進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)、采集，根據(jù)測(cè)區(qū)地形地貌，也可在飛行任務(wù)完成后進(jìn)行像控點(diǎn)采集;將飛行計(jì)劃上傳至飛行控制系統(tǒng)，進(jìn)行起飛、飛行、降落，采集影像數(shù)據(jù)、記錄飛行的POS（Position Orientation System，簡(jiǎn)稱(chēng)POS）數(shù)據(jù)、獲取飛行數(shù)據(jù);地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示無(wú)人機(jī)飛行航跡，地面工作人員據(jù)此監(jiān)視無(wú)人機(jī)工作情況;飛行任務(wù)完成后，下載航測(cè)數(shù)據(jù)。基本流程如圖1.

圖1　無(wú)人機(jī)航測(cè)外業(yè)基本流程圖

（2）航線(xiàn)規(guī)劃

根據(jù)地面分辨率大小、相機(jī)CCD 大小、焦距，確定飛行航高;根據(jù)地形復(fù)雜程度，如高差大小，確定航向重疊度、旁向重疊度的大小，航向重疊度一般設(shè)置在80%以上，旁向重疊度設(shè)置在60%以上;根據(jù)飛機(jī)續(xù)航時(shí)間，劃分飛行架次。

（3）像控點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量

像控點(diǎn)布設(shè)一般采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案，布點(diǎn)個(gè)數(shù)根據(jù)測(cè)區(qū)地形調(diào)整。測(cè)量方式采用RTK測(cè)量。像片控制點(diǎn)中的平面控制點(diǎn)要求選在影像清晰的細(xì)小線(xiàn)狀地物點(diǎn)、明顯地物拐角點(diǎn)，高程控制點(diǎn)還要求高程起伏較小，選點(diǎn)困難地區(qū)，可考慮實(shí)地布設(shè)控制點(diǎn)。為了滿(mǎn)足大比例測(cè)圖需求，一般采用實(shí)地布設(shè)控制點(diǎn)。

1.2　內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

航飛數(shù)據(jù)獲取后，采用內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件如pix4Dmapper、ContextCapture等進(jìn)行無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理，主要流程為：導(dǎo)入航飛的原始影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)，進(jìn)行影像預(yù)處理，修正影像畸變和相機(jī)檢校;自動(dòng)進(jìn)行連接點(diǎn)提取和自由網(wǎng)平差，進(jìn)行影像相對(duì)定向;加入外業(yè)控制點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差、糾正，進(jìn)行絕對(duì)定向;生成正射影像圖（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM）、點(diǎn)云、實(shí)景三維模型等數(shù)據(jù);數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線(xiàn)劃圖（DLG）則要借助立體測(cè)圖軟件、地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件以及外業(yè)調(diào)繪等進(jìn)一步生產(chǎn)。基本流程如圖2.

圖2　無(wú)人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程圖

2.1　工作區(qū)地理位置

工作區(qū)位于廣東省陽(yáng)山縣南部太平鎮(zhèn)的牛鼻巖地區(qū)，面積約13km2.地貌上屬丘陵地帶，為典型的喀斯特地貌，地形上左右兩邊為少量的平坦耕地，其余為喀斯特峰林，山山相連，植被覆蓋茂密。

2.2　無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)獲取

采用武漢縱橫天地公司SKYLAND系列無(wú)人機(jī)的DF150型號(hào)無(wú)人機(jī)平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)。該款無(wú)人機(jī)為旗艦型電動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)，具有長(zhǎng)航時(shí)、超纖薄的特點(diǎn)，翼展2m，續(xù)航時(shí)間150min，作業(yè)效率高，爬升速率高，起飛方式多樣化，既可以采用彈射器起飛，也可以使用彈力繩起飛，采用傘降方式降落，最大限度保護(hù)相機(jī)，遙控器手動(dòng)或半自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜區(qū)域精準(zhǔn)降落，抗風(fēng)力強(qiáng)，智能化操作，配備全畫(huà)幅3640萬(wàn)像素索尼A7R相機(jī)，滿(mǎn)足高分辨率需求。

根據(jù)工作區(qū)范圍，實(shí)際飛行兩個(gè)架次。受地形影響，像控點(diǎn)只布設(shè)在左右兩邊平坦地區(qū)，共計(jì)20個(gè)，采用合眾思?jí)裄TK進(jìn)行測(cè)量。

1∶2000DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)

3.1　數(shù)據(jù)處理

采用Bentley公司的ContextCapture軟件進(jìn)行無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)處理，主要流程為：影像和POS導(dǎo)入→自動(dòng)空三處理（相對(duì)定向）→相片刺點(diǎn)（絕對(duì)定向）→成果輸出。這里的成果為DOM、DSM以及實(shí)景三維模型。DLG的生產(chǎn)則要進(jìn)一步借助立體測(cè)圖軟件獲取，采用DP-Moderler測(cè)圖軟件進(jìn)行水系、居民地、交通等地理要素的采集，地理要素采集的詳細(xì)程度以滿(mǎn)足實(shí)際需求為原則。

等高線(xiàn)的生成通過(guò)ArcGIS軟件對(duì)DSM 去樓高、去樹(shù)高后得到DEM，然后生成初始等高線(xiàn)，最后對(duì)初始等高線(xiàn)進(jìn)行平滑、編輯、整理得到最終等高線(xiàn)，等高線(xiàn)的整飾按規(guī)范執(zhí)行。

3.2　成果數(shù)據(jù)

工作區(qū)成果數(shù)據(jù)主要有正射影像DOM 數(shù)據(jù)、實(shí)景三維模型、數(shù)字線(xiàn)劃圖DLG 數(shù)據(jù)，圖3為DOM 數(shù)據(jù)，圖4為實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)，圖5為DLG數(shù)據(jù)。

圖3　DOM 數(shù)據(jù)

圖4　實(shí)景三維模型

圖5　DLG（局部）

3.2.1　影像分辨率

《CH/T　9008.3-2010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》規(guī)范中要求1∶2000數(shù)字正射影像圖影像地面分辨率應(yīng)優(yōu)于0.2m。根據(jù)計(jì)算，工作區(qū)生成的DOM分辨率為0.095m，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.2.2　平面位置精度

《CH/Z　3003-2010 低空數(shù)字航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》中要求1∶2000數(shù)字線(xiàn)劃圖（B類(lèi)）、數(shù)字正射影像圖（B類(lèi)）的地物點(diǎn)對(duì)附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差平地、丘陵地不應(yīng)大于2.5m，山地、高山地不應(yīng)大于3.75m。隨機(jī)選取50個(gè)地物點(diǎn)，以工作區(qū)已有的高分辨率正射影像作為真實(shí)坐標(biāo)來(lái)源（該數(shù)據(jù)平面位置精度優(yōu)于0.5m），點(diǎn)位坐標(biāo)差值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1.

依據(jù)《GB/T24356-2009測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》，按同精度檢測(cè)，地物點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差計(jì)算公式為式（1）：

計(jì)算結(jié)果顯示DOM 數(shù)據(jù)平面位置中誤差為±2.13m，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.2.3　高程精度

由于工作區(qū)除左右兩邊為平坦地區(qū)，其余地區(qū)植被茂密，難以通行，且GPS信號(hào)差，因此未能采集到足夠數(shù)量的高程控制點(diǎn)，高程采用無(wú)人機(jī)POS系統(tǒng)自動(dòng)空三解算成果，精度未檢驗(yàn)。

結(jié)束語(yǔ)

本文采用無(wú)人機(jī)航測(cè)獲取影像數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，快速獲取了工作區(qū)DOM、DLG和實(shí)景三維模型。經(jīng)精度檢驗(yàn)，成果數(shù)據(jù)影像分辨率、平面位置精度能滿(mǎn)足1∶2000測(cè)圖需求，而高程方面，由于工作區(qū)植被茂密、難以通行，高程采用無(wú)人機(jī)POS系統(tǒng)自動(dòng)解算結(jié)果。通過(guò)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的實(shí)踐，有如下結(jié)論和探討。

4.1　結(jié)論

（1）無(wú)人機(jī)航測(cè)優(yōu)勢(shì)明顯

無(wú)人機(jī)航測(cè)影像獲取快捷方便，無(wú)需專(zhuān)業(yè)航測(cè)設(shè)備，普通民用單反相機(jī)即可作為影像獲取的傳感器，操作手經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn)學(xué)習(xí)即可操控整個(gè)系統(tǒng);成本相對(duì)低廉;飛行條件需求降低，不需要專(zhuān)門(mén)機(jī)場(chǎng)和跑道，可在普通公路上滑跑起降或采用彈射方式起飛和傘降方式降落;影像獲取周期短、時(shí)效性強(qiáng)，從準(zhǔn)備航飛到獲取影像周期短，影像獲取后可立即處理得到航測(cè)成果，時(shí)效性強(qiáng);實(shí)踐證明，成果能滿(mǎn)足大比例尺成圖要求。

（2）航測(cè)外業(yè)是數(shù)據(jù)來(lái)源，精度尤為重要，因此要做好精度控制航測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)精度受很多因素影響，為保證數(shù)據(jù)精度，實(shí)際飛行中要做好以下工作：攝影分區(qū)有無(wú)必要：對(duì)于高差起伏大、地物單一地區(qū)容易出現(xiàn)航攝漏洞，最好進(jìn)行攝影分區(qū)，使分區(qū)內(nèi)的高差滿(mǎn)足航飛要求;漏洞補(bǔ)攝：漏洞補(bǔ)攝時(shí)最好采用前一次航攝飛行的數(shù)碼相機(jī)，保證數(shù)據(jù)的一致性;航飛時(shí)間選擇：綜合考慮季節(jié)、天氣、太陽(yáng)高度角、陰影倍數(shù)等，選擇合適的航飛時(shí)間;飛行質(zhì)量控制：設(shè)置相機(jī)對(duì)焦、曝光時(shí)間，考慮飛機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定性，設(shè)置影像重疊度等，獲取的影像要清晰、層次豐富、色調(diào)柔和;像控點(diǎn)布設(shè)：重點(diǎn)考慮布點(diǎn)方式、布點(diǎn)個(gè)數(shù)、采集精度等。

4.2　探討

（1）如何更好地去除樹(shù)高

DSM 數(shù)據(jù)是包含地面附著物高程信息的數(shù)據(jù)，要想得到DEM，就要去除地面附著物如建筑物、植被等的高程信息。對(duì)于植被稀疏區(qū)，可以采用點(diǎn)云分類(lèi)的方法來(lái)解決這一問(wèn)題，通過(guò)將點(diǎn)云進(jìn)行分類(lèi)得到地面點(diǎn)、建筑物、植被等類(lèi)別，然后用地面點(diǎn)這一類(lèi)別的點(diǎn)云構(gòu)建DEM。而本文的工作區(qū)植被茂密，裸露點(diǎn)極少，通過(guò)點(diǎn)云分類(lèi)的方法無(wú)法得到足夠數(shù)量的地面點(diǎn)，因此不能構(gòu)建DEM。本文采用減去平均樹(shù)高的方法來(lái)去除樹(shù)高，考慮到樹(shù)高不一致，可以結(jié)合植被分類(lèi)數(shù)據(jù)細(xì)化每一類(lèi)的平均樹(shù)高，從而得到較為準(zhǔn)確的去除樹(shù)高的DEM。

（2）無(wú)人機(jī)POS系統(tǒng)自動(dòng)解算的高程數(shù)據(jù)精度問(wèn)題

由于工作區(qū)受地形影響，未采集到足夠數(shù)量的高程控制點(diǎn)，因此采用無(wú)人機(jī)POS系統(tǒng)自動(dòng)解算的高程結(jié)果，這對(duì)于偏遠(yuǎn)的茂密森林植被區(qū)不失為一種快速獲取高程數(shù)據(jù)的方法。隨著無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)集成高精度的RTK、IMU系統(tǒng)以及改進(jìn)數(shù)據(jù)處理算法，無(wú)控制點(diǎn)測(cè)圖能滿(mǎn)足大比例尺測(cè)繪生產(chǎn)的精度需求，屆時(shí)將大大減少外業(yè)工作量，極大地提高無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的時(shí)間和效益，也將更好地促進(jìn)無(wú)人機(jī)航測(cè)的應(yīng)用。

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