孟祥熙
蒙古正元有限责任公司,山东济南 250014
摘要:低空无人机航测是当前我国测绘领域的研究与应用热点。在概述无人机航测外业和内业数据处理流程的基础上,进行了基于无人机航测数据的1∶2000DLG 数据快速生产实践。经精度检验,成果数据影像分辨率、平面位置精度能满足1∶2000测图需求,而高程采用无人机POS系统自动解算结果。以此解决无人机数据处理过程中存在的一些问题,证实无人机低空摄影测量系统应用于DLG数据生产的可行性。
关键词:无人机;地形测绘;数字线画图(DLG)
引言
传统的航空摄影测量,受空域申请、航摄周期等影响,在快速响应和小区域的精准测绘中无法满足快速更新的需求,低空无人机航测具有机动灵活、高效快速、作业成本低、生产周期短等优点,迅速成为了传统航测的有力补充。本文进行了基于无人机航测数据的1∶2000DLG 数据快速生产实践,并对成果数据进行了精度检验, 最后对实践中存在的问题提出了自己的思考。
1 无人机航测外业和内业数据处理流程
1.1 无人机航测外业
1)基本流程
无人机航测外业流程为:收集测区资料,对测区所处地理位置、地形地貌等进行评估,考虑周围是否有机场、军区等,是否需要报备和空域申请等;然后根据成果要求(如成果比例尺、地面分辨率大小等)和已有无人机航测设备,确定是否可以飞行;确定可以飞行后,在地面站软件进行航线规划,设置飞行高度、重叠度、起降场等, 形成飞行计划,必要时可进行现场踏勘;进行像控点布设、采集,根据测区地形地貌,也可在飞行任务完成后进行像控点采集;将飞行计划上传至飞行控制系统,进行起飞、飞行、降落,采集影像数据、记录飞行的POS(PositionOrientationSys- tem,简称POS)数据、获取飞行数据;地面监测系统显示无人机飞行航迹,地面工作人员据此监视无人机工作情况;飞行任务完成后,下载航测数据。
2)航线规划
根据地面分辨率大小、相机CCD大小、焦距,确定飞行航高;根据地形复杂程度,如高差大小,确定航向重叠度、旁向重叠度的大小,航向重叠度一般设置在 80% 以上,旁向重叠度设置在 60%以上。
3)像控点布设与测量
像控点布设一般采用区域网布点方案,布点个数根据测区地形调整。测量方式采用RTK测量。像片控制点中的平面控制点要求选在影像清晰的细小线状地物点、明显地物拐角点,高程控制点还要求高程起伏较小,选点困难地区,可考虑实地布设控制点。为了满足大比例测图需求,一般采用实地布设控制点。
1.2 内业数据处理
航飞数据获取后,采用内业数据处理软件如pix4Dmapper、Eps、ContextCapture 等进行无人机数据处理,主要流程为:导入航飞的原始影像数据、POS 数据,进行影像预处理,修正影像畸变和相机检校; 自动进行连接点提取和自由网平差,进行影像相对定向;加入外业控制点,进行区域网平差、纠正,进行绝对定向;生成正射影像图(DOM)、数字表面模型(DSM)、点云、实景三维模型等数据;数字高程模型(DEM)、数字线划图(DLG)则要借助立体测图软件、地理信息系统(GIS)软件以及外业调绘等进一步生产。
2 无人机航测应用实例
2.1 工作区地理位置
工作区位于烟台市福山区张各庄镇大芹子夼矿区,面积约1km2,地貌上属丘陵地带,区内地形切割较深,冲沟发育,地势总体西南高东北低。
2.2 无人机数据获取
采用大疆Phantom4 RTK无人机平台获取数据,大疆Phantom4 RTK无人机在该区域中的飞行高度为100m,飞行面积为1km2,地面分辨率为0.03m,受地形影响,像控点布设在测区四周平坦地区,野外测设像控点8个,检查点10个,
采用中海达RTK进行测量。
3 1∶2000DLG数据生产
3.1 数据处理
通过Pix4d软件对航飞影像进行空三加密处理,自动空三处理(相对定向)相片刺点(绝对定向)成果输出。这里的成果为DOM、DSM以及实景三维模型。DLG的生产则要进一步借助立体测图软件获取,采用Eps测图软件进行踩坑、居民地、交通等地理要素的采集,地理要素采集的详细程度以满足实际需求为原则。
等高线的生成通过软件对DSM去楼高、去树高后得到DEM,然后生成初始等高线,最后对初始等高线进行平滑、编辑、整理得到最终等高线,等高线的整饰按规范执行。
3.2 成果数据
工作区成果数据主要有正射影像DOM数据、数字线划图DLG数据,图1为 DOM 数据,图5为DLG数据。
3.2.1 影像分辨率
《CH/T 9008.3-2010 基础地理信息数字成果1∶500、1∶1000、1∶2000 数字正射影像图》规范中要求1∶2000数字正射影像图影像地面分辨率应优于0.2 m。根据计算,工作区生成的DOM分辨率为0.055m,满足规范要求。
3.2.2 平面位置精度
直接将空三加密处理之后的数据导入Eps软件中,实施立体测图,测图结束之后,选取10个野外检查点进行比较,以此确定野外检查点的精度,如表1所示。
表1 野外检查点精度 单位为m
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4 结束语
本文采用无人机航测获取影像数据,然后进行数据处理,快速获取了工作区 DOM、DLG 和实景三维模型。经精度检验,成果数据影像分辨率、平面位置精度能满足1∶2000 测图需求。
4.1 结论
(1)无人机航测优势明显
无人机航测影像获取快捷方便,无需专业航测设备,普通民用单反相机即可作为影像获取的传感器,操作手经过短期培训学习即可操控整个系统;成本相对低廉;飞行条件需求降低,不需要专门机场和跑道,可在任意小范围开阔地带起降;影像获取周期短、时效性强,从准备航飞到获取影像周期短,影像获取后可立即处理得到航测成果,时效性强; 实践证明,成果能满足大比例尺成图要求。
(2)航测外业是数据来源,精度尤为重要,因此要做好精度控制
航测外业数据精度受很多因素影响,为保证数据精度,实际飞行中要做好以下工作:摄影分区有无必要:对于高差起伏大、地物单一地区容易出现航摄漏洞,最好进行摄影分区,使分区内的高差满足航飞要求;漏洞补摄:漏洞补摄时最好采用前一次航摄飞行的数码相机,保证数据的一致性;航飞时间选择:综合考虑季节、天气、太阳高度角、阴影倍数等,选择合适的航飞时间;飞行质量控制:设置相机对焦、曝光时间,考虑飞机姿态稳定性,设置影像重叠度等,获取的影像要清晰、层次丰富、色调柔和;像控点布设:重点考虑布点方式、布点个数、采集精度等。
参考文献
[1]厉芳婷,闵天,尧志青.无人机航测技术对影像空三精度的影响[J].测绘通报,2017(S1):75-78.
[2]10]国家测绘局.低空数字航空摄影测量内业规范:CH/Z3003-2010[S].北京:测绘出版社,2010.