(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

水电站通常选址在河流落差大、人烟稀少的山区地带，交通条件差，作业环境恶劣，在测绘水电站工程区大比例尺地形图时，传统的结合全站仪和GNSS野外地形图测量的作业模式工作量大、工期长,已经不能满足水电工程地形图测绘对效率提高的要求。

近年来，随着摄影测量相关理论的不断完善和无人机的兴起，无人机航摄系统迅速发展，作业效率不断提升，所提供的影像分辨率不断提高，无人机摄影测量系统逐渐被引入测绘行业,进行数字影像的采集和地形图的更新。同时也为水电工程大比例尺地形图的测绘提供了新的技术手段。

图1 工作流程、方法和技术路线

虽然无人机因本身所体现出来的成本优势和便利性，使其在工程和生产中得到了广泛的应用，但是无人机航摄系统还存在一些缺陷。比如无人机航摄系统所搭载的非量测数码像机因畸变差过大、像幅较小、基高比小，对影像数据的内业处理精度产生影响。另外，由于无人机机身往往较轻，易受气流的影响，导致图像航向重叠和旁向重叠度较小，影响了大比例尺测图的精度。本文结合大型水电工程区1∶2000地形图的无人机航空摄影测量实例，以水电测量规范为标准，通过对比实地检查点计算地形图精度，分析和评价无人机航空摄影测量技术对水电工程大比例尺地形图测绘的适用性。

1 无人机航摄系统组成

无人飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是一种由无线电遥控装置和自备的程序控制装置或者由计算机完全地或间歇地自主地操作的无人驾驶飞机。

无人机航摄系统主要由无人机飞行平台、飞控系统、非量测型面阵CCD数码相机、地面监控系统、数据传输系统、地面保障系统等组成。

2 无人机航摄系统绘制大比例尺地形图的技术路线

在利用无人机航摄系统进行地形图测绘之前，应首先要保证平台所搭载的传感器(非量测数码相机)具有厘米级分辨率。另外，实际获取的数据质量能否满足大比例尺地形图测图的要求，主要决定于无人机航空摄影数据获取的过程，也就是航摄过程中摄区分区是否合理，地面分辨率、影像重叠度、摄影基面等是否符合要求，航线设计是否合理，是否严格执行了无人机操控的相关要求，在数据获取过程中，不但要保证获取的数据质量能满足要求，也要保障无人机平台和传感器的安全。本文介绍了采用影像快速处理系统，以Pix4Dmapper软件和VirtuoZo2014软件对无人机影像进行处理的生产流程，同时对外业像控点、空三像控点、空三加密点、地形图质量等主要环节的精度进行评定。无人机航空摄影系统进行大比例尺测图的工作流程和方法及技术路线见图1。

3 无人机测绘1∶2000地形图实例

3.1 测区概况及测绘资料准备

本次测绘作业的水电工程航摄测区面积13km2，该测区位于山东省潍坊市西南部临朐县境内，测区内主要有石河以及嵩山水库。测区为山地，平均海拔约490m。

已有测区1∶10000矢量化地形范围图一幅和测区12个C级GNSS基本控制点。

3.2 航空摄影

在无人机航摄飞行前，首先要根据成图需要计算飞行作业时的航飞参数，对无人机航摄路线进行规划设计，例如摄影比例尺的确定，航线间距的计算、航行速度的确定以及航行高度等航线设计参数的计算。本次航空摄影采用DM-150无人机、35mm定焦5DMark3相机，飞行场地条件良好，采用常规滑起滑降方式起降。正式摄影时天气晴朗、测区能见度良好，有微风。

3.3 航摄质量检查

本次航飞总航程80km，共拍摄照片650张。无人机飞行最大俯仰角3.1°，飞行最大滚转角4.6°，达到最大像片倾角12°的要求。最大像片旋偏角2.1°，小于规范中规定的最大像片旋偏角小于6°，本次航摄也满足规范中对像片的重叠度要求。航摄的像片纹理清晰，色调柔和，无云雾影响，满足本次测图任务的要求。

3.4 像控点布设与施测

3.4.1 布设原则及方法

本测区采用区域网布点法进行像控点布设，像控点的布设能够有效地控制住测区范围，保证各航摄分区能有效地衔接没有漏洞。全部像控点在航片拍摄之前布设并测量完成。像控点全部以平高点为标准进行施测，总计完成像控点36个(见图2)。

图2 像控点基本位置分布

3.4.2 像控点测量

像控点测量主要采用架设双基准站GNSS快速静态测量方法，联测原有基本控制点。像控点观测数据辅以原GNSS基本网观测数据进行整体平差解算。

3.5 数据处理

本次数据处理采用Pix4Dmapper无人机数据和航空影像全自动快速数据处理的软件。能够自动进行影像畸变纠正，提供详细的自动空三、区域网平差和地面控制点的质量评定报告；快速自动生成DOM，并对正射影像自动进行镶嵌及匀色处理；专业精度高，可以达到5cm的精度。

自动处理完成后生成空三成果、DSM和DOM初步成果，通过调整拼接线、投影切换、混合影像对DOM编辑制作生成最终的正射影像成果(见图3)。

图3 正射影像成果

3.6 数据处理质量和精度分析

数据处理质量和精度分析主要是指对空三像控点残差误差、空三加密点误差、自检校相机误差进行分析评定。

3.6.1 空三像控点误差

计算空三像控点误差，见表1。

表1 空三像控点误差统计 单位：m

由表1可得表2像控点残差中误差。

表2 空三像控点残差中误差 单位：m

3.6.2 空三加密点中误差

计算空三加密点中误差，见表3。

表3 空三加密点中误差 单位：m

规范要求限差见表4。

表4 规范要求限差

综合表2、表3、表4可得出结论：此次空三成果各项精度均满足规范要求。

3.7 1∶2000地形图制作

本文采用VirtuoZo2014软件进行立体数据采集，采用VirtuoZo2014引入PIX4D生成的空三成果创建立体模型，利用其中的IGS模块数字影像测绘系统进行立体数据采集。结合外业调绘资料，利用CASS9.1大比例尺图形编辑软件完成对地形图的编辑。

4 无人机航摄系统大比例尺成图精度分析

根据《测绘成果质量检查与验收》(GB/T 24356—2009)和《数字测绘成果质量检查与验收》(GB/T 18316—2008)的要求对本项目工程区1∶2000地形图(29幅)及索引图(1幅)进行了图面检查，并利用外业检查点分别抽取了3幅了地形图，进行地形图平面和高程的精度评定，占总图幅数的10.3%，大于规范10%的要求。

4.1 地形图平面精度评定

本次实地量测量共计102个平面检查点，用来检验工程测区内地形图的平面精度，统计地形图平面检查点的平面精度(见表5)。

根据以上表中的纵横坐标差值ΔX、ΔY和点位差值数据，计算得出检查点点位中误差M为0.08m。根据《工程测量规范》(GB 50026—2007)中关于图上点位中误差的规定(见表6)，本测区属于一般地区，按1∶2000比例尺计算，可得允许的点位中误差的限差为1.6m，可知本次地形图测量的点位中误差满足1∶2000比例尺地形图的相应精度要求。

表5 试验区内地形图平面检查点精度统计 单位：m

注M代表地形图平面点位精度，n代表参与统计的检查点个数，此表中值是102。

表6 图上地物点的点位中误差 单位：mm

4.2 地形图高程精度评定

该项目工程区1∶2000地形图共29幅，为了检验测区内地形图的高程精度，随机抽取了3幅(占总图幅数的10.3%，大于规范10%的要求)，利用外业实测检查点进行了内业地形图高程检查(见表7)。

表7 1∶2000地形图高程检查统计 单位：m

通过对表7中高程中误差进行高程精度分析可知：检测的高程平均中误差为±0.68m；规范要求中误差限差为2m；小于1倍平均中误差的占99.02%；大于1倍小于2倍中误差的占0.98%；大于2倍中误差的为零，此地形图高程精度满足1∶2000地形图的精度要求。综合上述对地形图平面和高程精度分析说明：工程区1∶2000地形图精度满足规范要求，成果质量“优良”。

5 结 语

本文结合山东潍坊抽水蓄能电站1∶2000地形图测绘项目，在对无人机航摄系统1∶2000地形图制作深入研究的基础上，通过精度分析得出基于无人机航摄系统所制作的1∶2000大比例尺地形图的精度可以达到相应规范要求，为运用无人机航空摄影测量技术测绘大比例尺地形图提供了经验。但对于能否达到1∶1000以及1∶500的地形图精度要求，仍然值得深入研究。