摘要近几年发展起来的无人机测绘技术已经广泛应用于国民生产各领域，但是专业级无人机设备器材价格昂贵，很大程度拉高了无人机航测的成本。本文尝试以消费级无人机获取的航拍数据为基础，利用Pix4Dmapper和GIS技术，经外业数据采集、内业数据处理、空三加密等关键步骤制作了数字正射影像、数字高程模型和可视化实景三维模型，通过与传统GPS加全站仪采集野外数据作对比，分析成果产品的数据精度，得出实验结论，并对消费级无人机在测绘行业中的应用进行了展望。
关键词 消费级无人机测量，空三加密，GIS，老山
传统测绘发展至今已经有了很大的进步，但仍然存在着许多明显的缺陷，随着地理信息行业的发展，以遥感技术为代表的新技术的出现受到了越来越多的关注，代表着现代科技对传统的地理空间数据获取方式发起了新的挑战，其中无人机航摄产品的应用，为获取地理空间数据提供了全新的途径。
1无人机的行业应用
目前无人机在测绘中具有非常重要的作用，可以通过无人机搭载各种传感设备，如高分辨率数码相机、红外扫描仪，激光扫描仪等仪器获取基础信息，然后用计算机对采集的信息进行加工处理，按照一定精度规范要求可以输出包括数字正射影像、数字高程模型、实景三维模型等成果。
无人机技术已经广泛应用于国民生产的各个方面，例如：农作物长势调查、土地利用现状调查、农业生产、森林资源调查、自然灾害监测[1]、水资源调查、国土空间规划等领域[2]。但是，由于专业级无人机设备镜头、内置GPS模块、传感器等价格昂贵，动辄几十万的投资，极大拉高了无人机航测的成本。因此，本文在案例项目的基础上，详细讨论了利用消费级无人机获取的航拍数据制作相关测绘产品的技术流程，并对成果的精度进行验证。
2摄影测量技术方案
2.1 测区概况
老山位于南京市浦口区，整体山势呈西南—东北走向，西高东低，有3座山峰高度高于400米，其中龙洞山海拔442米为江北最高峰也为南京第二高峰。山体由灰岩、砂岩等构成。土壤种类有石灰土、黄棕壤、紫色土等类型。老山地区属于亚热带季风气候，终年气候温和，年平均气温15.3℃，年降水量1000mm。
此次数据采集地点为老山地区馒头山矿区，馒头山位于老山地区北侧，此地区经历过违法采矿，原始地貌已被破坏，目前采矿工作已经停止，此次测绘的数据成果将成为下一步治理工作的依据。
2.2软硬件设备投入
根据本次实验的相关要求，投入的主要硬件设备如下表1所示，其中本次实验用到的消费级无人机大疆精灵4的主要参数如下表2所示。
表1 投入设备表
2.3 外业数据采集
2.3.1 飞行方案
根据本次试验区范围、试验区高差及无人机镜头焦距等因素，规划飞行航线及飞行高度。
经多次讨论分析，为保证航摄精度和数据完整，设计本次航飞线路方案，航向重叠率布设为80%，旁向重叠率布设为70%，共设计2条航线，分别为镜头90度垂直向下拍摄的航线和镜头45度倾斜对坡面进行拍摄的航线，飞行高度均为300m。
2.3.2 像控点测量
本次项目中，像控点布设工作采用江苏全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统（简称JSCORS）提供的实时定位技术，严格依照《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》CH/T 2009-2010要求操作，共选取像控点4个，均匀分散在测区的不同位置，成“井”字型分布。
2.4内业数据处理
本次试验项目采用pix4dmapper进行对无人机拍摄的影像资料进行处理，主要包括影像预处理、空三加密和可视化3D产品的生产。其中关键技术处理流程图见下图1。
图1内业数据处理流程图
2.4.1 空三计算
本次实验项目采用Pix4dmapper进行空三计算，为保证成果的精度，首先对含有像控点的相片进行刺点，刺点完成后提交Pix4dmapper进行计算，Pix4dmapper软件根据像片POS数据及像控点坐标进行全自动计算平差，生成加密点云数据。
2.4.2 成果产品制作
（1）数字高程模型（DEM）生产
根据Pix4dmapper生产的点云数据，提取含有X、Y、Z坐标的高程点文件，导入到ArcMap中，利用3D Analyst工具生成三角网格TIN，进而利用三角网格TIN再生成DEM[3]。
（2）数字正射影像图（DOM）生产
Pix4dmapper软件根据已生产的数字高程模型，经过正射纠正和影像镶嵌等关键步骤，全自动生产数字正射影像[4]。
（3）实景三维模型生产
通过Pix4dmapper软件在空三基础上，构建实景模型并进行实景纹理映射。
3成果产品精度验证
3.1 高程精度检查
在实验区的山体坡面中分别选取通过影像处理得到的1m间距的点云数据与全站仪测区内高程点数据邻近的30个特征点在ArcMap中展开,通过与DEM中同位置的Z值进行比对，计算出实测值与DEM提取高程值的差值即为高程精度误差，精度结果如下表所示。
表3高程精度分析表
3.3精度分析
通过对表格比较，结果显示生成的3D模型中所选区域点的高程和平面数据误差在10cm以内的分别占36.67%、 43.33%，误差在20cm以内的分别占66.67%、 80%，其中平面精度略高于高程精度，但是无论是高程误差还是平面误差均满足20cm以内的预期实验目标，满足《1:500 1:1000 1:2000外业数字测图技术规程》 GB/T 14912-2005精度要求，可适用于1:2000地形图测绘。
4 结论与展望
此次飞行采集数据的无人机为消费级人机，取得的数据在质量上与传统的外业测量和专业型测绘无人机的航测都存在一定差距，但是得到的产品仍可以应用于常见的矿山治理工程施工，可见随着消费型无人机在飞行时间、相机的有效像素、传感器尺寸、照片分辨率等方面的升级，未来消费级无人机测量技术将会是对传统测量的一种强力补充，为我国现代化建设做出越来越多的贡献。
参考文献
[1] 郑波，汤文仙.全球无人机产业发展现状与趋势[J].军民两用技术与产品.2014(08)
[2] 杨慧琴.无人机航测技术在基层测绘工作中的应用分析[J].北京测绘.2015(06)
[3] 陶于金，李沛峰.无人机系统发展与关键技术综述[J].航空制造技术.2014(20)
[4] 牛鹏涛.基于倾斜摄影测量技术的城市三维建模方法研究[J].价值工程.
[5] 谭金石，黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘.2015(05)