陈玲，潘伯鸣，曹黎云

(常州市测绘院，江苏常州 213002)

低空无人机航摄系统在四川地形测绘中的应用

陈玲∗，潘伯鸣，曹黎云

(常州市测绘院，江苏常州 213002)

低空无人机航摄系统作为全数字摄影测量的有力补充，目前在应急测绘及小面积高分辨率地理信息数据快速获取等方面已起到越来越重要的作用。本文介绍了无人机低空摄影测量系统的概况，并以四川绵竹旅游规划测绘项目为例，阐述了应用无人机低空摄影测量系统进行地形测绘的流程及方法。

无人机航摄系统；地形测绘

1 引 言

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。近些年，无人飞机航摄系统在测绘方面的应用越来越广泛。

卫星遥感和常规航摄技术由于周期长、费用高，无法及时有效地满足应急测绘、小面积高分辨率地理信息数据更新的需求。无人飞机航摄系统是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。

2 无人机简介

低空无人飞行器航摄系统是高分辨率及高精度遥感影像获取和处理的崭新技术。它以无人驾驶飞行器为飞行平台，负载数码相机、数码摄录机等数字遥感设备进行拍摄和记录，通过遥感数据处理技术进行影像的同步传输，通过无人机航摄的后期数据处理系统进行影像数据的纠正与编辑，以实现对地理信息的实时调查与监测。

我国研制无人机已有40几年的历史，据不完全统计，目前，世界上30余个国家和地区已研制出了50多种无人机，无人机型号超过300余种。在我们国内也已有多家单位成功研制出无人机摄影测量系统及后期数据处理平台，如“QuickEye”、“华鹰”、“飞象”等。采用无人机系统，可在超低空云下作业，对天气的依赖非常小，而且不需要专用机场，起降简单，操作灵活，具有机动快速的响应能力，获取地面影像的速度非常快。

2.1 无人机的优势

(1)云下摄影，受气候影响小，可低空飞行。

(2)摄影方向任意，比航空摄影测量应用范围更宽广。

(3)较小遮挡，场地限制少，效率高。

2.2 系统组成

(1)空中部分:云台(含稳定平台)、数码相机、执行部分、自动控制设备、差分GPS、摄像机、通讯设备。

(2)地面部分:地面GPS、手控设备、编码器、计算机、通讯设备，如图1所示。

图1 无人机系统组成

3 无人机航摄系统在四川测绘项目中的应用

四川绵竹是江苏省对口援建城市，常州市的对口援建特别是规划和测绘工作得到了高度肯定，根据四川绵竹沿山地区的旅游规划、设计和管理需要，需对沿山公路的5个重点村进行1∶1 000地形图、1∶5 000地形图控制测量，地形数据采集及成图，为这些重点村进行控制性规划服务。绵竹沿山地区位于龙门山脉与平坝地区交界处，整个作业区呈现中部及东部与南部较低、平，其他区位较高的盆地特点，整个测区地形比较复杂。四川绵竹春季又以阴雨天为主，少有晴天，再加上工期非常紧张，如果采用全野外施测方案和传统航空摄影测量，工期来不及，结合测区实际情况，常州市测绘院大胆尝试采用无人机航测系统进行航空摄影测量，并在很短期限内顺利完成了四川绵竹市沿山地区5村庄旅游规划测绘项目。

3.1 测区概况

绵竹沿山地区位于龙门山脉与平坝地区交界处，主要包括5个镇:汉旺镇、九龙镇、遵道镇、土门镇、广济镇。测区总面积约31.4 km2。

3.2 技术流程(如图2所示)

图2 技术流程图

图3 不同比例尺测区划分

3.3 航线规划和测区划分

在山区进行航飞需避开山头，保持安全的航高，采用1∶10 000地形图进行精确的高度判准，使航飞的高度保持在安全的区域。同时要划定不同的测区，精度要求比较高(1∶1000或1∶2000等)的山谷地带、精度要求较低的山头地带要分开划分测区，如图3所示，并根据山体走势，避免气流突变，确保飞行安全。

3.4 像控布设

考虑到项目工期紧张及飞行的具体情况，像控点的布设采用400 m正方形格网布设，角点处周围即作为像控点的采集区域。测区外围凹凸处适当增加像控点。

3.5 空三解算

由于无人机获取的航片不仅像幅小，影像畸变大，而且偏角和滚角也大。为此，本项目采用DPGrid进行空三加密与平差解算，其自动空三模块DPGrid.AT具有快速并行处理海量数据的能力，平差模块DPGrid. BA具有处理姿态极差航片的能力。能够快速高效地生成大量高精度、高强度的模型连接点，获得高精度的空三加密结果，以满足大比例尺测图的要求。空三加密成果精度如表1所示。

多余控制点误差表 表1

以丘陵地形为参照，表1所列多余控制点平面与高程残差最大差值均小于丘陵地限差(平面0.5 m，高程0.4 m)，符合相关规范要求。

3.6 立体测图

由于无人机航片具有像幅小、姿态差的特点。我们采用了苏武现代数字摄影测量软件进行内业立体判测，其能自动、最优地切换立体模型，免除繁琐地手工调模型，而且无需生成核线影像，适合无人机航片测图。测图界面如图4所示。

小飞机的像元分辨率只有DMC的一半左右，所以立体判读要比普通DMC数据困难一些，尤其是杆状地物，如电杆等，需仔细判读。

图4 苏武现代数字摄影测量工作界图

3.7 质量情况

我们对成果数据进行检查:抽取最终成果的10%，检查内容包括平面精度检测，高程精度检测，间距中误差丈量统计以及图面巡视检查。

最终检查如表2所示。

数学精度检查统计表 表2

通过对所抽查图幅的各项质量特性检查，本项目的1∶1 000、1∶5 000地形图的数学精度、地理精度符合要求，图面内容表达清晰，地物地貌取舍合理，均符合规范及设计要求。四川绵竹沿山地区5村庄旅游规划测绘项目前已由江苏省测绘产品质量检验站全面验收合格。

4 无人机航空摄影测量与传统航空摄影测量的比较

与传统的航空摄影相比，无人机航空摄影受天气影响小，具有轻便灵活、反应迅速的优点，它不需要专用的起降机场、也不需要昂贵的导航通讯设备，可大大降低航空摄影的成本。但由于像幅较小，降低了单位时间内航空摄影的效率，难以进行大面积航摄，而且增加了加密与测图的工作量，降低了高程精度。此外，无人机航空摄影测量对内业数据处理的技术要求还较高。

5 结 语

目前低空无人机在测绘领域的应用还处于探索阶段，在实际工作中也免不了遇到一些困难，如区域网的设计、山区植被密集区像控点的布设及空三加密等，还需要不断尝试和总结经验。

[1] 张祖勋.从数字摄影测量工作站(DPW)到数字摄影测量网格(DPGrid)[J].武汉大学学报(信息科学版)，2007 (07)

[2] 何敬，李永树，鲁恒等.无人机影像的质量评定及几何处理研究[J].测绘通报，2010(4)

[3] 杜全叶，陆锦忠.无人飞艇低空摄影测量系统及其DOM制作关键技术[J].测绘通报，2010(6)

[4] 凡亦文，刘全海，高文涛等.无人机航空摄影测量在大比例尺测图中的应用.第十七届中国遥感大会摘要集，2010

[5] 中国标准出版社第四编辑室.测绘标准汇编——摄影测量与遥感卷[M].北京:中国标准出版社，2009

The Application of Low Altitude Unmanned Aerial Mapping System to Survey and Map of Geography in Sichuan

Chen Ling，Pan Bomin，Cao Liyun
(Changzhou Serveying and Mapping Institute，Changzhou 2130002，China)

The low altitude Unmanned aerial mapping system as the total amount word photographs measured emollient add，have already had a more and more important function in the aspects of meeting an emergency to survey and map and the small area high resolution geography information data quickly obtaining to wait currently.This text introduced unmanned machine low altitude to photograph the general situation of measuring the system，and with the Mian bamboo tour programming in Sichuan surveys and maps item for example，elaborated that the applied unmanned machine low altitude Unmanned aerial mapping system to carry on the process and method that the geography surveys and maps.The application that photographs to measure system in the aspects of surveying and mapping to the low altitude Unmanned aerial has better expansion meaning.

Unmanned machine Unmanned Aerial Mapping System；the geography surveys and maps

2011—02—17

陈玲(1979—)，女，工程师，现主要从事航空摄影测量、4D生产等相关技术工作。

1672－8262(2011)05－75－03

P237

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