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探析无人小飞机测绘技术在“东莞保利生态城”项目中的应用

东莞市国土资源局樟木头分局523633
摘要：本文介绍利用无人小飞机施测1：2000地形图的方法
关键词：航测；像控测量；空三加密；数字线划图（DLG）；正射影像（DOM）；数字高程模型（DEM）
前言
随着经济社会的不断发展，加快转变经济发展方式和产业结构调整成为提升城市竞争力的重要因素，培育、推动新兴产业的发展已经逐渐成为各地工作重点。为了培育、推动新兴产业的发展，许多地方开始推崇“生态旅游业”，开始大做“山”的文章，利用高端开发理念提升土地价值，因此需要辖区内大比例尺数字化地形图件资料用于旅游区的的规划与开发设计等，然而这些地方往往集中在山高地峭、植被茂密、野兽经常出没的高山区域，测绘人员难以深入，使用常规测绘方法无法施测。下面，以“东莞保利生态城”规划用地地形测绘为例，简单介绍利用无人小飞机施测1：2000地形图的方法。
工程背景：
“东莞保利生态城”位于东莞市樟木头镇，规划面积26.6平方公里，其中有23平方公里面积位于樟木头林场范围内，山高地峭，植被茂密，树高基本在10米以上，而且经常有野兽出没，测绘人员根本无法进入测绘，利用常规方法根本无法施测。而要完成该区域的规划和开发设计，需要有大比例尺数字化地形图件资料，经当地政府以及测绘主管部门多次协商、研究，决定对该无图区约70平方公里（含其他高山部分）采用先进的无人小飞机航测技术施测1：2000数字化地形图。
包括无人小飞机航拍、像控测量、外业调绘、数字线划图（DLG）、正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）的生产。
一、测区概况
该镇总面积118.8平方公里，位于广东省东莞市东南部，地处广州、深圳、惠州、东莞四市的中心地带。境内交通发达，省道莞惠、东深公路在此交汇，惠常、莞从高速从辖区内经过，常虎、龙林、莞深高速均经过樟木头。广深、京九、广梅汕铁路途经此地，火车站每天有113次列车停靠。樟木头镇属于亚热带海洋性气候，低山丘陵地貌，典型的盆地特征。全镇下辖9个社区。测区范围包括樟木头林场、观音山森林公园和境内一些高山地貌。这些区域内由于植被茂盛、地形起伏较大，无大比例尺地形图覆盖。
已有资料情况包括：包括辖区已有各级控制点、1：1万地形图资料以及周边已有1：500数字化地形图资料等。
二、产品主要技术指标和规格
1、比例尺为：1：2000
2、平面坐标系统为：珠区坐标系
3、高程基准采用1985国家高程基准，基本等高距为2.0米。
4、分幅
图幅分幅：图幅分幅采用1：2000标准分幅进行裁切，其规格为50cm×50cm。
5、数据格式及命名
文件命名为去掉小数点的图幅编号，如：150-480.*。文件格式：数字正射影像图（DOM）数据以GEOTIFF格式存放，*.tif，*.tfw；数字线划图（DLG）数据以南方CASS7.0版的DWG格式存放，*.DWG；数字高程模型（DEM）数据采用国标格网数据交换格式：CNSDTF-DEM存放，*.DEM。
三、设备配置
（一）软件配置：空三软件VirtuoZoAAT；低空影像处理软件适普Correct；匀光软件；全数字化摄影测量工作站软件系统VirtuoZo；南方CASS7.0版10套；
（二）硬件配置：无人小飞机航测系统；GPS基站，型号为华测X90；移动站3台，型号为华测X90F；全数字化摄影测量工作站系统；高配置台式计算机，笔记本电脑；A4幅面激光打印机；大幅面绘图仪等。
四、技术方法
（一）无人小飞机航拍，涉及无人小飞机航测系统确定、航摄分区的划分、航线规划设计、航摄飞行。
（二）像片控制点测量
在航飞实施之前，实地现场进行踏勘，针对特别困难地区，能布设地标的地方在航飞前布设地面标志。地面标志采用三翼标志，翼宽15cm，翼长45cm。
1、平高像片控制点的布设
利用GPS进行像控测量，起算尽量使用水准联测的埋石点，采用全平高点区域网布点，布点方案为隔6条基线一对点，隔航线布点。
2、像片控制点的判刺和整饰
像片平面控制点必须选在影像清晰、接近正交的线状地物的交点处或明显地物的折角顶点，弧形地物及阴影等处均不得选作点位目标。高程虽然采用全野外测量，高程控制点不作为测图依据，为使平高区域网加密顺利进行，平高点的高程及高程控制点仍应认真测量，严格选刺。选择影像最清晰的一张像片作为刺点片，刺点误差和刺孔直径不得大于0.1mm（孔要刺透）。平高点的刺点片正面，用红色直径为7mm的圆形符号整饰。像控点按序统一编号。平高点编号前冠以“P”符号。所有区域网像控点编号应连续，不得重号和跳号。平高点必须刺点。加密点不刺点。在刺点像片反面的刺孔旁，在2cm×2cm的正方形内加点位略图，略图方位要与实地相对应，一般选三个明显地物来衬托点位，并用文字简要确切地说明点的位置；点位附近有高差变化时，注明点与某参照物相互间的比高，注至厘米。点位略图、说明、刺孔三者必须一致。刺点者、检查者必须签名和标注日期。
3、像控点野外施测
地标布设后，应尽快施测，施测时间可以在航飞前，也可以在航飞结束后。像控点采用已有CORE网实测，在CORE网信息不强的环境采用静态观测，获取坐标解算，仪器型号均为华测X91-GNSS。像控点平高联测GPS起算尽量使用水准联测的埋石点，GPS像控点测量采用边点混合联接方式。网内联测五秒以上等级点不少于3个，水准点不少于5个，联测的起算点要求分布均匀，所构图形尽量包含所有像控点。像控点高程采用GPS拟合高程，拟合形式尽量采用曲面拟合。分网拟合时网与网之间的重合点数不少于2个，重合点高程较差不得大于中误差的2倍。
4、像控点坐标解算
GPS坐标解算软件采用Compass软件进行静态差分解算。
5、影像处理、空三加密
影像处理包含阴云去除、影像旋转、镜头畸变校正三项工作。空三加密采用VirtuoZoAAT3.4+PATB，基本作业流程为：新建测区-设置测区参数-设置相机参数文件-新建控制点文件-引入影像-建立影像列表-自动内定向-确定航线间的偏移量-连接点半自动提取-量测外业控制点-调用PATB自动挑点-加点/交互式编辑连接点-光束法区域网平差-输出加密点成果。
（三）DEM制作
DEM的制作过程为：创建立体模型-生成核线影像-影像自动匹配-匹配点编辑-DEM自动生成-DEM编辑。
（四）DOM制作
镶嵌处理及影像纠正系统可自动进行，不需要做太多的人工干预。利用DEM系统自动生成镶嵌线→利用镶嵌线对正射影像进行自动镶嵌，利用DEM成果对原始影像进行正射纠正，并自动匀色→生成数字正射影像。
五、立体测图
在进行立体采集地形、地物要素前，外业实地调查植被高度，然后利用全数字摄影测量工作站，导入空三加密成果恢复航摄数字影像的立体模型，参照外业调绘资料进行各地形要素的数据采集，生成图形文件。
首先要把握几个测图原则：
一是全数字摄影测量工作站软硬件均处在良好的作业状态方可作业。所有提交的数据文件必须是由摄影测工作站采集而成。二是数据采集以1∶2000比例尺地形图图幅为单位进行，每幅图存放一个文件。三是原则上只测立体模型上现势存在的，新增要素由编辑工序进行处理。四是测绘等高线时要用测标切准模型描绘。五是测绘地物、地貌要素时，应选取与其形状、特征和性质相符的符号代码，观测时应正确选取并切准地物、地貌的中心或边缘、直线和曲线方向变换处、山头、山脊、鞍部等。六是测图时原则上应严格依据外业调绘原图，确有与立体模型影像不符、明显可判断为调绘错误的，可根据立体模型影像改正。七是城市建筑区及施工区不绘等高线。八是高程点应切读两次，读数差一般不大于0.2米，取中数注至0.1米。
其次要把握测图的内容，主要涉及居民地、垣栅、工矿建（构）筑物及其它设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、地貌、土质、植被、注记等。
六、1：2000地形图调绘
外业调绘是利用内业立体测绘的线划图与正射影像套合到实地进行定性补调。尤其要注意对新增房屋及线性地物的调绘。外业调绘内容统一用线宽小于0.2mm的红色签字笔清绘在回放图上。一要把握调绘的原则：一是注意地物结构的合理性和完整性。二是内业测绘的地物、地貌要素均需由外业在实地进行调绘。三是新增地物，外业必须准确定位，截止时间以调绘日期为准。五是外业补测、补调的内容在图纸上一律以红色注记表示，外业调绘的房檐改正，数字要清楚，指示必须明确。二要把握调绘内容：独立地物、道路、水系、管线、垣栅、矿建（构）筑物及其它设施、地貌要素、居民地名称及各种注记说明的调绘以及新增地物的补测。
七、地形图编辑
利用立测测图数据，参照外业调绘原图，依据图式、规范及相关技术标准进行数字线划图编辑。对外业调绘原图进行灰度扫描（扫描分辨率不低于300DPI）；利用专业软件对扫描影像进行几何纠正（纠正点误差一般不得大于0.1米，个别最大不超过两个0.2米）；对外业补测的新增要素及铺装面高程点进行采编；参照外业调绘原图对立体量测数据进行确认、编辑处理。
八、主要成果
测绘成果包括：本项目技术设计书、测区接合图表、1：2000标准分幅数字线划图、南方CASS的DWG数据、1：2000标准分幅数字高程模型（电子数据）、1：2000标准分幅正射影像图（电子数据）、技术总结、质检报告。
九、成果应用设想
测区范围内由于属于高山地貌，植被茂盛，人员难以深入，无法采用常规测绘方法施测大比例尺地形图，所以一直无大比例尺地形图覆盖。本方案采用先进的无人机航测技术施测1：2000大比例尺地形图，并同时提供1：2000数字高程模型、1：2000正射影像图，产品丰富，应用广泛，意义深远。
本项目成果可应用于城市的详细规划、工程项目的初步设计、工厂选址、交通线路设计、土地规划、土地整理、农村综合整治等项目的设计中。将来还可利用数字高程模型和正射影像图，生成三维场景，在此基础上建设数字城市、数字城镇、数字村庄。由此可见，项目成果具有广阔的应用前景。
结束语：
1）无人飞行器测绘技术是集成了低空航空摄影技术、传感器技术和数据处理技术等多种关键技术的一门航空摄影测量技术，提高低空航空摄影技术是无人机航空摄影测量技术的关键所在；当然使用适当的无人机航摄影像的处理技术可以在一定程度上消除无人机航空影像不规则带来的影响；
2）无人机航空摄影测量技术应用于地形图的生产存在不确定性，比如，区域网整体加密精度评定良好，单模型中误差也可能良好，但单模型定向精度就存在超限情况，也就是个别点的超限情况，在测图。过程中表现为测图定向点和立体模型套合差大、接边误差大等。可以通过外业实测来验证精度；
3）建议在利用无人机航测这种新技术进行航空摄影测量时，采用试验区的作业方法，即在确定布点方案前选取一定面积的试验区进行布点方案试验；
4）建议利用无人机航空摄影测量技术进行地形图生产，尽可能在载人机不便或无法完成的情况下，由无人机来完成。如多块小面积、危险场所、远离机场或没有可供其起降场地的区域。总之，目前无人机航测技术应该体现在载人飞机航测技术的补充方面。
参考文献：
[1]GB/T20257.1—2007《国家基本比例尺地图图式第1部分：1：5001：10001：2000地形图图式》；
[2]GB/T6962—2005《1：5001：10001：2000地形图航空摄影规范》；
[3]GB/T7931—2008《1：5001：10001：2000地形图航空摄影测量外业规范》；
[4]GB/T7930—2008《1：5001：10001：2000地形图航空摄影测量内业规范》；
[5]GB/T15967—2008《1：5001：10001：2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》；
[6]GB/T23236—2009《数字航空摄影测量空中三角测量规范》；
[7]CJJ8-99《城市测量规范》；
[8]CJJ73-97《全球定位系统城市测量技术规程》；
[9]GB/T19294-2003《航空摄影技术设计规范》。

-全文完-