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[摘要]随着技术的进步，无人机航测系统的相关技术得到了很大的发展，其在航测各个方面的应用变得更加广泛，特别是对于不同地形的测量有着巨大的帮助。本文主要阐述了无人机航测系统的定义及其优点，然后以东莞市长安镇福海路延长线的测量案例为基础分析了无人机在带状地形测量中的主要流程和方法，最后探讨对无人机航测系统数据如何进行精度检查。
[关键词]无人机 航测系统 带状地形 应用
[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-153-2
1无人机航测系统概述
1.1无人机航测系统简介
无人机航测系统就是利用先进的无人机驾驶技术、通讯技术、摄影测量的传感器技术、GPS差分定位技术中的摄影测量应用等自动化、智能化的技术，在作业过程中获得土地、资源、环境等测量空间中的信息，并对拍摄的信息数据实时处理、建立模型以及应用分析。就目前来看，无人机的种类较多，包括固定翼无人机、无人驾驶的飞艇和无人驾驶的直升机等。无人机的飞行器结构形式简单，且利用的成本低，适合我国航测信息化发展的需求。
1.2无人机航测在带状地形测量中的特点
（1）周期短，与传统的遥感技术不同，无人机受客观条件的限制较小，能够准确的获取目标区域的图像信息。例如遥感技术的使用需要军方和民航部门的批准，需要大约一个月的时间获得准可。而无人机航测的申请限制小，只需要注册就能飞行，缩短了项目的周期。
（2）成本低、灵活度高，实施传输获取的图像信息，适合比例尺大而面积相对小的带状地形的项目如公路测绘等；对于起降场地的选择灵活，要求不高，只要天气适宜，可以随时进行作业。
（3）数据的分辨率和准确定高，无人机采用低空飞行的方式，一般距离地面在1000m以内，所获取的影像资料分辨率高，能清楚的呈现出地表的细节。
2无人机航测系统的测量流程
无人机对带状地形的测量流程总体可以分为五个阶段，分别是：方案的设计确定、外业踏勘、内业空中三角形的测量、内业测图以及对资料进行整理。将五个阶段细化，可以分为16个步骤（图1）。
3无人机航测系统的作业方式
此次无人机航测系统的作业方式是通过以拟建的东莞市长安镇福海路延长线为案例，公路的拟建长度为10km，无人机的工作范围根据设计单位提供的1：50000线路中线方案，图中线与比较线两边各约为210m。公路位于广东省东莞市长安镇，处于丘陵地形之中，起伏蜿蜒。整体的地形较复杂，处于居民区、工业区与空地之中一般地形和隐蔽地形都有分布，公路沿线有果园、荒地、居民区等，可视状况一般。根据这些信息，无人机航测的具体方式如下：
3.1进行控制测量
采用全球定位系统（GPS）和全站仪对线路进行具体的控制测量，沿着公路每约5km设置一双四等的GPS控制点，这些控制点之间进行加密设置，每间距约500m左右设置一级导线点，根据测量的需要，设置四等电磁波测距高程导线。
3.2无人机的航空摄影
（1）确定航线
航线的设计必须以拟建公路的走向为基础，在此次测绘项目中，一共设计了4架次的飞行，其中每个架次飞行4条不同的航线，对线路的宽度以及相关数据进行测量。
（2）航飞模式
此次设计的无人机飞行平台是ZC-II，飞行控制系统选择的是YS09，无人机上的相机为佳能单反相机，焦距为35.52mm，型号是EOS 5D Mark II。由于公路位于广东省东莞市的最南端，南临珠江口，该地雨水较多，在拍摄之前必须了解即时的天气状况，选择最佳的航拍时间。航拍的范围以横向来看，覆盖成图区域之外的另一个航带约五分之一的宽度。在纵向上向外延伸出两条摄影线基线，整个航拍过程的摄影分辨率是0.12m。
（3）相片控制点的设置及测量
①相片控制点的标志
在本次项目当中，相片控制点标志的制作使用的是规格为1.5m的方形喷绘纸，标志图案设计为黑白相间的三角符号。
②设置相片控制点
由于所测区域的地形较复杂、可视性一般。
所以必须要在线路中线周边的测量控制点上设置布标，以保证后期系统成图的精准度。布标选择边长为1.5m的正方形普通用喷绘布，用黑色颜料在喷绘布上喷射两个对顶三角形，总共呈现4个黑白相间的三角形。这样设置布标才能够保证无人机所拍摄的图片中能够清晰的看到控制点。
③测量相片控制点
本次项目中，共使用三种测量方式。分别是：GNSS静态测量、GNSS RTK测量和全站仪导线测量。可以很大程度的提高相片控制点的精度以及测量的效率与质量。
3.3空中三角测量与加密计算
空中三角测量与加密的过程：首先是相关信息数据收集等准备工作；接着对航片中的畸形进行矫正，对无人机航测所得的数码照片进行改正，以保证框标坐标残差的绝对值为零；建立测量区域、确定相关的参数值；确定像控点的坐标位置和相机的参数；对航测得出的影像信息进行处理并列出数据表格，进行内定向；确定航带连接点的整体布局及其偏移量；进行自动转点和PATB自动挑粗差；进行交互式的编辑和补缺；测量外业控制点；对PATB实施平差结算；确定限差符合相关的标准后得出数据，对结果进行输出处理。过程中需要注意的是由于大气折光、主点位置以及地球曲率等因素的影响，会造成相应的误差，需要用自检校平差的方式对这些误差进行矫正。进行相对定向、自动相对定向和绝对定向时的要求不一样，相对定向要求每个像对连接点的分布均匀。自动相对定向要求有30个以上的像对连接点。
3.4内业测图
在本次项目中，使用JX4-G的数字拍摄系统进行内业测图。基于JX4-G数字拍摄系统的成果对立体数据进行采集，将立体像对导入空三加密的成果中去。 内业测图采用的是全野外调绘后刺点的测图方式，对于与现状描述不符的地物，在测绘成图之后再在野外实施补测。等高线的测绘采用的是测标切准模型描绘的方式。在出现等倾斜的区域，相邻的两条计曲线之间图上距离小于5mm时，只对绘计曲线进行测量，对首曲线进行插绘。当出现荒地、果园等被植物覆盖的地表时，在沿着植物表面进行绘图时，加上植被的高度对数据进行改正。出现居民区时，要酌情考虑到对居民的影响。
当出现高程时，其标注点数值读两次，数值之间的较差为40mm。高程标注点的数量依据地面以及地面植物的特性，密度约为每100cm214个，在变化较大的地段，根据实际的需要适当添加标注点的数量。
当测绘区域中出现如电力线、架空管线、光缆和电缆等独立的地物时，无论大小，各种等级的道路均要求将其绘出。出现房屋等建筑物时，必须准确的表示出建筑的结构性质和层数，植被的属性必须一一表明，树林分为经济林或者用材林，土地的属性是水田或者菜地、荒地等。出现的村落、水系、山脉、铁路、其他公路及水库等都要求清晰的表示出来。得出一幅精确、完整的矢量地形图之后，利用相关软件将矢量图转换为设计单位需要的图形格式。
3.5外业调绘和成果精度检查
外业调绘主要在打印出的纸质地形图上进行，严格按照国家的相关要求和标准执行，对航拍最后的成图进行测绘修补，进行数据的修改。进一步提高航拍成图的精确度还需要对下列问题进行检查和处理：
（1）通信线、电力线、电杆、地下电缆进行逐杆调绘，分清这些线之间的数量和电压值，线路的转弯处要注明其方向。
（2）对所测区域内公路的等级、宽度、类型和走向进行测绘，按实际位置对桥梁、涵洞等构筑物进行调绘。
（3）对测绘区域内的土地、植被类型以及农作物的类型进行调绘。
本次项目中，空三加密的精度成果如表1所示，其精度满足相关规范的指标。
4结束语
通过本次项目中无人机航测系统在带状地形测量中的应用，我们可以发现无人机在航拍中的优势很多，并且十分适合公路这一类带状地形的测绘。通过利用该项技术，可以快速、准确、高效的为设计单位提供需要的地形图和区域的详细资料。使带状公路的选线更加合理，促进我国公路选线向信息化、科学化的方向发展，为公路建设做出贡献。
[关键词]无人机 航测系统 带状地形 应用
[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-5-153-2
1无人机航测系统概述
1.1无人机航测系统简介
无人机航测系统就是利用先进的无人机驾驶技术、通讯技术、摄影测量的传感器技术、GPS差分定位技术中的摄影测量应用等自动化、智能化的技术，在作业过程中获得土地、资源、环境等测量空间中的信息，并对拍摄的信息数据实时处理、建立模型以及应用分析。就目前来看，无人机的种类较多，包括固定翼无人机、无人驾驶的飞艇和无人驾驶的直升机等。无人机的飞行器结构形式简单，且利用的成本低，适合我国航测信息化发展的需求。
1.2无人机航测在带状地形测量中的特点
（1）周期短，与传统的遥感技术不同，无人机受客观条件的限制较小，能够准确的获取目标区域的图像信息。例如遥感技术的使用需要军方和民航部门的批准，需要大约一个月的时间获得准可。而无人机航测的申请限制小，只需要注册就能飞行，缩短了项目的周期。
（2）成本低、灵活度高，实施传输获取的图像信息，适合比例尺大而面积相对小的带状地形的项目如公路测绘等；对于起降场地的选择灵活，要求不高，只要天气适宜，可以随时进行作业。
（3）数据的分辨率和准确定高，无人机采用低空飞行的方式，一般距离地面在1000m以内，所获取的影像资料分辨率高，能清楚的呈现出地表的细节。
2无人机航测系统的测量流程
无人机对带状地形的测量流程总体可以分为五个阶段，分别是：方案的设计确定、外业踏勘、内业空中三角形的测量、内业测图以及对资料进行整理。将五个阶段细化，可以分为16个步骤（图1）。
3无人机航测系统的作业方式
此次无人机航测系统的作业方式是通过以拟建的东莞市长安镇福海路延长线为案例，公路的拟建长度为10km，无人机的工作范围根据设计单位提供的1：50000线路中线方案，图中线与比较线两边各约为210m。公路位于广东省东莞市长安镇，处于丘陵地形之中，起伏蜿蜒。整体的地形较复杂，处于居民区、工业区与空地之中一般地形和隐蔽地形都有分布，公路沿线有果园、荒地、居民区等，可视状况一般。根据这些信息，无人机航测的具体方式如下：
3.1进行控制测量
采用全球定位系统（GPS）和全站仪对线路进行具体的控制测量，沿着公路每约5km设置一双四等的GPS控制点，这些控制点之间进行加密设置，每间距约500m左右设置一级导线点，根据测量的需要，设置四等电磁波测距高程导线。
3.2无人机的航空摄影
（1）确定航线
航线的设计必须以拟建公路的走向为基础，在此次测绘项目中，一共设计了4架次的飞行，其中每个架次飞行4条不同的航线，对线路的宽度以及相关数据进行测量。
（2）航飞模式
此次设计的无人机飞行平台是ZC-II，飞行控制系统选择的是YS09，无人机上的相机为佳能单反相机，焦距为35.52mm，型号是EOS 5D Mark II。由于公路位于广东省东莞市的最南端，南临珠江口，该地雨水较多，在拍摄之前必须了解即时的天气状况，选择最佳的航拍时间。航拍的范围以横向来看，覆盖成图区域之外的另一个航带约五分之一的宽度。在纵向上向外延伸出两条摄影线基线，整个航拍过程的摄影分辨率是0.12m。
（3）相片控制点的设置及测量
①相片控制点的标志
在本次项目当中，相片控制点标志的制作使用的是规格为1.5m的方形喷绘纸，标志图案设计为黑白相间的三角符号。
②设置相片控制点
由于所测区域的地形较复杂、可视性一般。
所以必须要在线路中线周边的测量控制点上设置布标，以保证后期系统成图的精准度。布标选择边长为1.5m的正方形普通用喷绘布，用黑色颜料在喷绘布上喷射两个对顶三角形，总共呈现4个黑白相间的三角形。这样设置布标才能够保证无人机所拍摄的图片中能够清晰的看到控制点。
③测量相片控制点
本次项目中，共使用三种测量方式。分别是：GNSS静态测量、GNSS RTK测量和全站仪导线测量。可以很大程度的提高相片控制点的精度以及测量的效率与质量。
3.3空中三角测量与加密计算
空中三角测量与加密的过程：首先是相关信息数据收集等准备工作；接着对航片中的畸形进行矫正，对无人机航测所得的数码照片进行改正，以保证框标坐标残差的绝对值为零；建立测量区域、确定相关的参数值；确定像控点的坐标位置和相机的参数；对航测得出的影像信息进行处理并列出数据表格，进行内定向；确定航带连接点的整体布局及其偏移量；进行自动转点和PATB自动挑粗差；进行交互式的编辑和补缺；测量外业控制点；对PATB实施平差结算；确定限差符合相关的标准后得出数据，对结果进行输出处理。过程中需要注意的是由于大气折光、主点位置以及地球曲率等因素的影响，会造成相应的误差，需要用自检校平差的方式对这些误差进行矫正。进行相对定向、自动相对定向和绝对定向时的要求不一样，相对定向要求每个像对连接点的分布均匀。自动相对定向要求有30个以上的像对连接点。
3.4内业测图
在本次项目中，使用JX4-G的数字拍摄系统进行内业测图。基于JX4-G数字拍摄系统的成果对立体数据进行采集，将立体像对导入空三加密的成果中去。 内业测图采用的是全野外调绘后刺点的测图方式，对于与现状描述不符的地物，在测绘成图之后再在野外实施补测。等高线的测绘采用的是测标切准模型描绘的方式。在出现等倾斜的区域，相邻的两条计曲线之间图上距离小于5mm时，只对绘计曲线进行测量，对首曲线进行插绘。当出现荒地、果园等被植物覆盖的地表时，在沿着植物表面进行绘图时，加上植被的高度对数据进行改正。出现居民区时，要酌情考虑到对居民的影响。
当出现高程时，其标注点数值读两次，数值之间的较差为40mm。高程标注点的数量依据地面以及地面植物的特性，密度约为每100cm214个，在变化较大的地段，根据实际的需要适当添加标注点的数量。
当测绘区域中出现如电力线、架空管线、光缆和电缆等独立的地物时，无论大小，各种等级的道路均要求将其绘出。出现房屋等建筑物时，必须准确的表示出建筑的结构性质和层数，植被的属性必须一一表明，树林分为经济林或者用材林，土地的属性是水田或者菜地、荒地等。出现的村落、水系、山脉、铁路、其他公路及水库等都要求清晰的表示出来。得出一幅精确、完整的矢量地形图之后，利用相关软件将矢量图转换为设计单位需要的图形格式。
3.5外业调绘和成果精度检查
外业调绘主要在打印出的纸质地形图上进行，严格按照国家的相关要求和标准执行，对航拍最后的成图进行测绘修补，进行数据的修改。进一步提高航拍成图的精确度还需要对下列问题进行检查和处理：
（1）通信线、电力线、电杆、地下电缆进行逐杆调绘，分清这些线之间的数量和电压值，线路的转弯处要注明其方向。
（2）对所测区域内公路的等级、宽度、类型和走向进行测绘，按实际位置对桥梁、涵洞等构筑物进行调绘。
（3）对测绘区域内的土地、植被类型以及农作物的类型进行调绘。
本次项目中，空三加密的精度成果如表1所示，其精度满足相关规范的指标。
4结束语
通过本次项目中无人机航测系统在带状地形测量中的应用，我们可以发现无人机在航拍中的优势很多，并且十分适合公路这一类带状地形的测绘。通过利用该项技术，可以快速、准确、高效的为设计单位提供需要的地形图和区域的详细资料。使带状公路的选线更加合理，促进我国公路选线向信息化、科学化的方向发展，为公路建设做出贡献。