張燈軍，郭 軍

(1.廣東省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊，廣東 惠州 516000；2．廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點實驗室，廣東 廣州 510760)

傳統(tǒng)地形圖成果質(zhì)量檢查通常采用人工野外實地查看方式,采取圖面檢查及特征點(坐標(biāo)、高程、邊長)檢查等，費時費力且效率低下，往往導(dǎo)致漏查漏檢，不能兼顧工作效率和檢查成果質(zhì)量；近年來無人機技術(shù)日趨成熟,其具有機動靈活、反應(yīng)迅速、使用成本低、操作簡便等優(yōu)勢，成為一種新型的具有獨特優(yōu)勢的測量手段[1-3],越來越多地應(yīng)用于基礎(chǔ)地理信息測繪、應(yīng)急測繪保障、工程變形監(jiān)測、文化遺產(chǎn)保護、野生動植物保護、自然災(zāi)害監(jiān)測與評估、數(shù)字城市建設(shè)、城市規(guī)劃管理等各個領(lǐng)域[4-6]。若采用無人機航測方式可在較短時間內(nèi)快速獲取地面影像，經(jīng)過必要的精細(xì)內(nèi)業(yè)處理，生成高質(zhì)量的數(shù)字正射影像，通過對已有成果圖件進(jìn)行疊加對比分析，可以快捷直觀地檢測出兩者的差異，從而實現(xiàn)對已有成果圖件非常精準(zhǔn)的質(zhì)量檢查。本文以惠州市惠東縣1∶1 000地形圖測繪項目為例，詳細(xì)闡述了外業(yè)數(shù)據(jù)獲取及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)精細(xì)處理過程，最后對生產(chǎn)的1∶1 000地形圖進(jìn)行正射影像圖疊加比較分析，識別與查找差異，實現(xiàn)對已有成果圖件精準(zhǔn)的質(zhì)量檢查。

1 前期準(zhǔn)備

1．1 測區(qū)概況

測區(qū)位于惠東縣稔平半島的西北部，稔山鎮(zhèn)鹽灶背至亞婆角，總面積約11 km2，測區(qū)以丘陵為主，地勢起伏多變，植被較為茂盛。本文選取測區(qū)內(nèi)3 km2作為實驗區(qū)，通過ArcGIS軟件將生成的DOM影像與實測的地形圖進(jìn)行疊加分析，對地形地物和顯著特征點的平面坐標(biāo)進(jìn)行逐一對比，檢查分析DOM影像中的地形地物及顯著特征點平面坐標(biāo)與實測地形圖采集的信息是否完全一致，查找差異，從而實現(xiàn)對成果質(zhì)量的精細(xì)檢查。

1.2 設(shè)備參數(shù)

本次實驗選用北京朗天博泰科技有限公司生產(chǎn)的LT-150無人機，其采用雙頻GPS，載荷6 kg，續(xù)航時間12 h。搭載的數(shù)碼相機為佳能5DMark2，2 110萬像素，分辨率為5 616×3 744像素，相機鏡頭焦距為25 mm，影像地面分辨率為8 cm,像幅為5 617×3 742 pix，像元大小為6.42 μ。相機自重約810 g，配合云臺搭載在LT-150無人機上采集影像。

1.3 無人機飛行設(shè)置

為保證本次無人機航拍質(zhì)量，飛行前對無人機系統(tǒng)各種軟硬件進(jìn)行必要的檢查，保證無人機系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。選擇晴朗無云天氣，且風(fēng)力較小的時段進(jìn)行外業(yè)航拍作業(yè)。事先通過飛控軟件選好航拍區(qū)域，設(shè)好像片地面分辨率、航向重疊度、旁向重疊度等參數(shù)，飛控軟件系統(tǒng)會自動計算飛行航線，設(shè)置飛行高度約為250 m。

航飛后及時對質(zhì)量進(jìn)行檢查，立體像對的航向重疊度不得小于60%，相鄰航線的旁向重疊度不得小于30%；相鄰像片航高差不得大于20 m，同一航線內(nèi)航高差不得大于 30 m[7]；航攝漏洞檢查是檢查全測區(qū)是否完全被立體像對所覆蓋；影像應(yīng)清晰，層次豐富，反差適中，色調(diào)柔和，可辨認(rèn)細(xì)小地物。

1.4 外業(yè)像控點布設(shè)

外業(yè)像控主要包括兩項：

1)通過地面布設(shè)像控點，將影像坐標(biāo)系統(tǒng)和測圖坐標(biāo)系統(tǒng)聯(lián)系起來。像控點的布設(shè)采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)，選刺執(zhí)行《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范(CH/Z 3004-2010)》航向方向按照4～6條基線，旁向方向按照每隔1～2條基線進(jìn)行布設(shè)，能有效控制住成圖范圍；像控點的測量執(zhí)行《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范(CH/T2009-2010)》，采用RTK方式雙參考站快速靜態(tài)測量，本次在航拍區(qū)域均勻布設(shè)4組共12個平高點,所有像控點均采取噴漆方法在地面明顯地方噴0.8 m×0.8 m紅十字標(biāo)志(見圖1)，每個像控點的重疊像片數(shù)量均不少于6張。

2)像控點平面及高程成果采用GPS RTK方法進(jìn)行測量，測量前在附近已知控制點上進(jìn)行校正，采用控制點測量模式進(jìn)行測量，測量次數(shù)均為3次，采取3次平均值作為像控點最終坐標(biāo)成果。

圖1 像控點布設(shè)圖

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 空三加密

空三加密采用德國INPHO公司生產(chǎn)的INPHO全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)[8-10]，由攝影測量學(xué)家阿克曼教授主導(dǎo)研制，該軟件具有獨特的高精度、高效率、高智能化特點，在數(shù)字航空影像領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能夠同時兼顧內(nèi)業(yè)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

空三加密包括像點連接、像控點量測、平差計算等過程。具體流程如下：①先檢查外業(yè)控制點文件和相機文件輸入正確性，確認(rèn)無誤后開始量測外控點；②放大物方標(biāo)準(zhǔn)方差權(quán)，消除粗差，逐步提高物方權(quán)重，直到探測出所有粗差；③利用優(yōu)選權(quán)值進(jìn)行平差處理[11-13]。

最終計算的空三加密精度為：Mxy=0.176 m，Mz=0.101 m，滿足《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 1∶500、1∶ 1 000、1∶2 000 地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范(GB/T 7930—2008)》的要求。

2.2 正射影像制作

基于空三加密成果及影像匹配生成數(shù)字表面模型(DSM),用于制作正射影像，利用空三獲得的外方位元素及影像匹配獲得的離散三維點，最后通過人機交互的方式，獲得測區(qū)DSM，然后根據(jù)DSM制作正射影像(DOM)[14-15]，具體流程如圖2所示。

圖2 DOM制作流程

3 試驗結(jié)果分析

3.1 DOM提取點位精度與現(xiàn)場全站儀實測的比較

首先提取空三處理后的DOM典型地形地物特征點，如明顯道路拐點、道路交叉點、房屋拐角等的坐標(biāo)值，共計36個地物點；然后利用全站儀實測36個地物點的平面坐標(biāo)值；最后同一個點位的航測成果和全站儀法實測結(jié)果進(jìn)行對比分析，如表1所示，圖3為點位誤差分布。

從表1可知，X坐標(biāo)較差最大為3.9 cm，計算出平均值為2.402 277 8 cm；Y坐標(biāo)較差最大為3.8 cm，計算出平均值為1.908 333 cm；根據(jù)點位中誤差計算公式，計算得出X方向點位中誤差Mx=1.061 992 cm，Y方向的點位中誤差My=1.073 357 cm，平面點位中誤差Ms=1.509 941 cm。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本次試驗精度分析結(jié)果完全滿足明顯地物測量成果坐標(biāo)檢查的要求。

3.2 正射影像圖(DOM)與實測地形圖圖面對比檢查

隨機抽取部分正射影像圖(DOM)與實測的地形圖進(jìn)行疊加比較分析，發(fā)現(xiàn)實測地形圖主要存在以下幾個問題：

表1 航測成果和全站儀法實測結(jié)果對比分析 cm

圖3 點位誤差分布圖

圖4 測圖遺漏

1)測圖遺漏問題。如圖4所示，正射影像圖(DOM)中呈現(xiàn)出一處簡易棚房、多處獨立墳?zāi)?、路燈及電線桿，而實測地形圖中則沒有，檢測出實測地形圖存在漏測現(xiàn)象。

2)測圖錯誤問題。如圖5所示，發(fā)現(xiàn)實測地形圖存在旱地、水稻田及林地地類表示錯誤、范圍邊界錯誤，按照制圖規(guī)范田地應(yīng)當(dāng)單獨表示，而不能將水稻田、旱地等不同地物用統(tǒng)一符號表示。

圖5 測圖錯誤

3)測圖不合理問題。如圖6所示，通過正射影像圖(DOM)疊加地形圖對比分析后，發(fā)現(xiàn)測區(qū)東南側(cè)為河流，周邊地形較為復(fù)雜，河流斜坡存在表達(dá)不合理問題，樹木應(yīng)單獨表示，斜坡應(yīng)通過等高線來表示，而不是簡單地采用斜坡符號來表示。

圖6 測圖不合理

4 結(jié)束語

本文運用無人機技術(shù)獲取高分辨率的地面影像，通過空三加密處理，統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，最終生成正射影像圖，通過與實測地形成果圖進(jìn)行疊加對比分析，快速發(fā)現(xiàn)并精準(zhǔn)識別出實測成果坐標(biāo)錯誤信息以及地形地物漏測錯測及表達(dá)欠合理等問題，大大減輕了大面積測圖外業(yè)成果檢查的工作強度及工作量。同時對檢查成果精度進(jìn)行分析，試驗結(jié)果表明平面坐標(biāo)及高程坐標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范要求，證明利用無人機技術(shù)對大比例尺大面積地形測繪成果進(jìn)行檢查這一技術(shù)手段的可行性及可靠性。