張寧寧，丁旭東，趙 鵬

（1.淮安市水勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 淮安 223005；2.中科星圖科技南京有限公司，江蘇 南京 211111）

0 引言

無人機航空攝影測量主要通過遙感技術(shù)對無人機進(jìn)行控制操作，利用無人機在飛行的過程中飛到需要測量的地域，通過遙控?zé)o人機的攝像機來拍攝、測量地面所需要測量的物體，從而達(dá)到航空拍攝測量的目的[1]。無人機航攝系統(tǒng)基本構(gòu)成包括：飛行平臺、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、發(fā)射與回收系統(tǒng)、地面保障設(shè)備。伴隨著該項技術(shù)的日益成熟，無人機航空攝影測量從最初在工程測量上的應(yīng)用發(fā)展到現(xiàn)階段，其在各領(lǐng)域內(nèi)的電子信息化、數(shù)字化、實際測量和地形圖測繪中已經(jīng)有了越來越廣泛的應(yīng)用[2]。該技術(shù)運行成本低、外業(yè)速度快、執(zhí)行任務(wù)靈活性高、地形地貌對于生產(chǎn)作業(yè)影響因素小[3]，能在短時間內(nèi)獲得精確的結(jié)果，滿足人們對于精確繪圖的要求。在實際應(yīng)用中，具有傳統(tǒng)航空遙感裝置所沒有的優(yōu)勢[4]。所以，利用無人機航空攝影測量技術(shù)進(jìn)行河道地形測量，不僅能降低外業(yè)測繪的工作強度，而且能大大縮短成圖周期，研究其對河道地形圖測繪的應(yīng)用很有必要。

1 航空攝影測量流程

航空攝影測量方法用于河道地形測量，主要闡述DLG成果的生產(chǎn)流程。一般作業(yè)步驟為：資料收集、實地踏勘、技術(shù)設(shè)計書編制、基礎(chǔ)控制測量、無人機航空攝影、影像控制測量、空三加密、立體模型數(shù)據(jù)采集、外業(yè)調(diào)繪及補測、DLG成果生成、成果檢查與修改、編寫技術(shù)總結(jié)和檢測報告、內(nèi)外業(yè)資料整理及成果驗收和提交。

2 航空攝影測量關(guān)鍵技術(shù)

2.1 影像控制測量

像控點是攝影測量控制加密和測圖的基礎(chǔ)。因此，野外像控點目標(biāo)選擇的好壞和指示點位的準(zhǔn)確程度，直接影響DLG成果的精度[5]。像控點布設(shè)為平高點，一般應(yīng)布設(shè)在航向及旁向六片或五片重疊范圍內(nèi)，使布設(shè)的像控點盡量公用；像控點應(yīng)盡量布設(shè)在旁向重疊的中線附近。旁向重疊過小，相鄰航線像控點不能公用時，應(yīng)分別布點；當(dāng)旁向重疊過大使相鄰航線的點不能公用時，亦應(yīng)分別布點。

當(dāng)像主點或標(biāo)準(zhǔn)點位周圍被水域、云影、陰影等覆蓋時，則視為主點（或標(biāo)準(zhǔn)點位）落水；如果落水范圍的大小和位置尚不影響模型連接，則可按正常航線布點；若主點周圍2.0 cm范圍內(nèi)均落水，或標(biāo)準(zhǔn)點位附近落水，且離開方位線2 cm以外的航向三片重疊范圍內(nèi)選不出連接點，則落水像對應(yīng)全野外布設(shè)平高點。

區(qū)域網(wǎng)的圖形應(yīng)成矩形或方形，區(qū)域網(wǎng)的大小和像控點的跨度以能夠滿足空中三角測量精度要求為原則，航向相鄰平面控制點間隔基線數(shù)可為8～10條，航線跨度是2條。

2.2 空三加密

空三加密是攝影測量內(nèi)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的第一個步驟，其有效成果精度受很多種因素影響，如POS精度、像片質(zhì)量、匹配策略、控制點量測精度等。主要問題如下：

（1）影像預(yù)處理。無人機輕巧便攜，抗風(fēng)能力差，搭載的數(shù)碼相機一般都是非量測相機，容易產(chǎn)生系統(tǒng)畸變差和隨機畸變差?？杖用芴幚砬氨仨毾R頭畸變差。另外，由于航攝儀光學(xué)系統(tǒng)固有缺陷，以及大氣日照等因素的影響，航線間甚至同一條航帶內(nèi)像片都可能色調(diào)不均、明暗不同，空三加密前需要對所有航片進(jìn)行勻光、勻色處理，以確保整個測區(qū)的影像色彩均勻色調(diào)一致，明暗適中，這樣相對定向時同名點的匹配更加準(zhǔn)確[6]。

（2）模型連接點的人工干預(yù)。Inpho軟件匹配算法是基于特征級和最小二乘匹配的多級影像金字塔匹配算法，其高精度的匹配特征即使在沙漠、森林等紋理比較弱的區(qū)域也可以很好地完成匹配工作。但在河道應(yīng)用方面，會有大面積水域存在，生成連接點后，先通過查看空三結(jié)果精度文件剔除殘差過大的模型連接點，再檢查連接點分布和強度。需特別注意檢查水草、船、灘地、樹木等特征不明顯地物處，其容易產(chǎn)生錯誤連接點，需刪除后手動添加連接點；對于連接點空洞，也需要以立體測量的方式手動增加連接點，補足空洞，以增強測區(qū)模型的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。至少保證每張影像的標(biāo)準(zhǔn)位置有6個以上的模型連接點，對于水面或植被覆蓋無法判讀的區(qū)域可適當(dāng)放寬連接要求[7]。

（3）“不可信點”的刪除?！安豢尚劈c”是在模型匹配時重疊度過少的點。若遇到只有兩度重疊的點，因為兩度重疊只連接兩張像片，可信度不高。因此，在空三加密時建議刪去，但是航線頭上的兩度重疊點要保留。

（4）控制點立體量測?？刂泣c量測有兩種方式：第一種是先通過手工量測測出所有地面控制點，然后執(zhí)行連接點自動提?。坏诙N是在自動提取連接點和后處理后再進(jìn)行量測控制點。通過多次試驗比較，在作業(yè)過程中選擇“先刺點后連接”，即第一種的方式進(jìn)行。

（5）空三精度檢查。連接點自動匹配完成后，需要通過空三平差結(jié)果文件查看模型連接點精度和控制點的平差精度。但空三平差結(jié)果會受到平差參數(shù)設(shè)置的影響，還需在立體環(huán)境下檢查空三精度。比較高效的空三精度立體檢查方法是按照測區(qū)模型連接點是否存在整體性上浮或下沉、立體模型是否存在視差、控制點是否在準(zhǔn)確的點位上、相鄰測區(qū)空三接邊精度是否超限的順序進(jìn)行立體檢查。如果空三平差結(jié)果報告不符合精度要求，則表明空三加密精度超限，則不需要再進(jìn)行后續(xù)立體檢查；否則，逐一進(jìn)行所有檢查項檢查，直至所有檢查項全部滿足空三加密精度要求。

2.3 DLG立體采集、調(diào)繪及補測、編輯

（1）DLG立體采集一般利用航天遠(yuǎn)景Mapmatrix軟件對Inpho軟件生成的空三加密成果進(jìn)行立體測圖。內(nèi)業(yè)應(yīng)全部采集能夠準(zhǔn)確判讀的地物、地貌要素，對不能準(zhǔn)確判讀的要素應(yīng)盡量準(zhǔn)確采集，并做出標(biāo)記、由調(diào)繪確定。所采集要素要確保其幾何類型和空間拓?fù)潢P(guān)系正確。按立體模型測圖范圍采集的數(shù)據(jù)，應(yīng)先相互拼接，再按標(biāo)準(zhǔn)圖幅范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)裁切。立體測圖數(shù)據(jù)應(yīng)先經(jīng)檢查再提供調(diào)繪使用。提供給調(diào)繪使用的成果或數(shù)據(jù)中，要素的符號、顏色和注記設(shè)置應(yīng)以方便調(diào)繪人員準(zhǔn)確判讀為原則。

（2）DLG外業(yè)調(diào)繪及補測應(yīng)根據(jù)調(diào)繪計劃，堅持“走到、看到、量到、問清、繪準(zhǔn)”原則，做到判讀準(zhǔn)確、描繪清楚、符號運用恰當(dāng)、各種注記準(zhǔn)確調(diào)繪成果進(jìn)行要素數(shù)據(jù)的圖形編輯、屬性錄入，圖幅接邊形成非符號化數(shù)據(jù)，非符號化數(shù)據(jù)通過檢查后配置符號、注記進(jìn)行符號化處理及圖廓整飾，形成符號化數(shù)據(jù)。全面檢查和修改各類定位錯誤、遺漏、拓?fù)溴e誤、圖層錯誤、屬性錯誤、要素關(guān)系錯誤、幾何圖形問題等錯、漏錯誤。

3 工程實例

本文選取淮沭河（錢集閘附近）1 km河段為例，淺談無人機在河道地形圖測繪中的應(yīng)用。測圖范圍為：以錢集閘為中心，淮沭河上下游各500 m，左右岸各200 m；比例尺為1:1000。項目采用電動固定翼智能鳥KC1600型無人機，無人機配備慣性導(dǎo)航系統(tǒng)配合差分定位系統(tǒng)，可以精確獲取攝影瞬間攝影中心位置參數(shù)和影像姿態(tài)參數(shù)。采用Sony A7R微單相機作為航攝相機，像幅為7360像素×4912像素，像元大小為4.88 μm，焦距為35 mm。通過無人機航攝獲取84張像片。采用區(qū)域網(wǎng)布點方法布設(shè)像控點22個，如圖1所示。無誤；應(yīng)對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行實地核查，對錯、漏等進(jìn)行修改和補充；記錄內(nèi)業(yè)無法獲取的地理名稱；補測立體測圖無法或不能準(zhǔn)確采集的要素。應(yīng)特別注意與水利有關(guān)的建筑物和構(gòu)筑物等，如水閘要注意調(diào)繪上下游和閘底板高程等；涵洞要調(diào)繪出涵洞大小和底高等；河道應(yīng)注意里程樁和跨河設(shè)施等。當(dāng)立體測圖無法達(dá)到高程注記點高程精度要求時，應(yīng)野外實測足夠的高程注記點。

圖1 像控點布設(shè)圖

（3）DLG數(shù)據(jù)編輯主要是依據(jù)立體測圖成果、

利用Inpho軟件進(jìn)行空三加密，控制點平差結(jié)果見表1。

表1 控制點平差結(jié)果表

在保證模型正確連接的情況下，通過空三加密報告的符合性檢查，及立體檢查空三成果模型連接點不存在整體性上浮或下沉、立體模型不存在視差、控制點均分布在準(zhǔn)確的點位上，空三成果符合規(guī)范精度要求，可以進(jìn)行立體測圖。通過DLG立體采集、調(diào)繪及補測、編輯，質(zhì)檢部門對所測地形圖進(jìn)行了外業(yè)自檢，成果合格，可以進(jìn)行資料檢查整理與成果提交。

4 總結(jié)

本文闡述了無人機航空攝影測量的生產(chǎn)流程及關(guān)鍵技術(shù)，運用工程實例來論證該方法在河道地形圖測繪中的應(yīng)用可行性。可以看出，利用無人機航空攝影測量技術(shù)進(jìn)行河道地形圖測繪，其成果精度可以滿足河道地形測量的要求，能大大降低外業(yè)測量工作強度，自動化程度更高，可見該作業(yè)方式在河道地形圖測繪中有很高的應(yīng)用價值。