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摘要：随着科学技术的进步，无人机航测技术不断创新；无人机航摄系统具有灵活、高效快捷、高精度、小面积、高现势性、低成本经济便捷等特点，且集成化程度高，易培训，易操作。无人机的出现及快速发展，满足了国民经济发展对大比例尺地形图的需要。基于此，文章主要分析了地形图1∶500无人机航测技术要点，以供参考。
关键词：地形图；无人机；航测；精度
引言
长期以来1∶500大比例尺地形图都是通过全野外数字化进行测图，具有投入作业人员多，项目周期长，作业环境较差，数据更新不灵活等特点，大大影响了外业测量工作，造成大比例尺地形数据更新的速度不能满足城市建设快速发展的需要。随着航测仪器（工作站）的升级，数码摄影（DDC）的应用，航空摄影测量精度进一步提高，获取高精度高分辨率影像逐渐成为常态。同时通过无人机及激光雷达可以快速获取航摄影像及激光点云数据，为新方法应用于1∶500大比例尺测图提供了技术保障。
1地形图1∶500无人机航测技术精度
1∶500地形图测绘全野外成图工作量大，工期较长，成本较高。长期以来，为了减少工作量、缩短工期、降低成本，业内一直尝试采用航测法成图，并做了大量研究和尝试，但精度一直不理想。近些年无人机航摄因为使用方便，数据获取成本低、速度快，在1∶1000、1∶2000等比例尺的地形图测绘、正射影像图生产等领域得到广泛应用，但在1∶500航测法地形图测绘中，精度仍然不能完全达到规范要求。有必要采用一些关键技术手段和方法，以增强影像质量、提高影像地面分辨率、减小镜头畸变影响、提高像片外方位元素精度。
（1）增加构架航线。构架航线与正常航线垂直布设，起高程控制点作用，有利于减少像片控制点量测数量，增强区域网模型之间连续性，提高空中三角测量平差精度。构架航线结合事后差分解算提供的像片高精度POS数据，能够实现稀少像片控制点甚至无像片控制点完成空中三角测量。
（2）适度提高影像地面分辨率。影像分辨率越高，在航测法成图的各个环节中对影像的判读精度就会越高，但是航摄效率会下降。根据《数字航空摄影规范第一部分：框幅式数字航空摄影》，1∶500航测法成图要求航摄地面分辨率小于0.08m，在兼顾航摄效率的同时为了提高成图精度，根据经验确定地面分辨率为0.04～0.05m。
（3）减小像点位移。像点位移会降低影像解析能力，影响判读精度。规范规定像点位移一般不应大于1个像素，最大不应大于1.5个像素。由像点位移公式δ=v×t/GSD可知，要减小像点位移就要降低飞行速度，缩短曝光时间。所以需要在确保影像质量的情况下将曝光时间缩到最短。根据经验，像点位移小于1/3个像素时可保证影像解析能力。
（4）确保相机曝光与移动站GPS记录时间戳高度同步。相机曝光的真实时间与移动站GPS记录的时间戳总会有些误差，需要采用一定的技术手段最大限度减小这个差值，尽可能实现相机曝光时间与移动站GPS记录的曝光时间戳同步。
（5）增强像片影像质量。像片影像质量直接影响影像判读准确度，对1∶500测图尤为重要。所以需要选用成像质量较好的相机，选择空气洁净、光照充足的时间段，优化相机参数后进行航摄，以获得影像质量较好的像片。
（6）提高像片重叠度。提高像片航向重叠度和旁向重叠度，有利于减少对像片边缘影像的利用，最大限度降低像片畸变纠正过程中的影像纠正误差。规范规定航摄重叠度一般应为航向60%～65%，旁向20%～30%。为了提高成图精度，可加大重叠度。根据经验，航向重叠度取70%～75%，旁向重叠取60%～65%可显著提高空中三角测量平差精度。
2地形图1∶500无人机航测技术
2.1像控点测设
无人机航摄完成后，结合测区快拼影像数据和POS数据进行像控点布设方案设计，并对于不同布设方案的精度影响和可操作性进行对比分析，选择确定适合项目的像控点布设方案。以某项目为例，由于测区范围内有部分山地，为保证像控点分布均匀，且在区域四周及拐点都布有控制点，项目提前在测区范围内特征点不明显的区域布设像标点。采用独立观测两测回方法，共测得像控点385个，其中像标88个，测回间平面坐标互差最大为3.6cm，高程互差最大为5.6cm，满足项目像控点精度要求。
2.2空三加密
空中三角测量是航空摄影测量的技术核心，决定了模型精度和测图精度。在本项目空三加密过程中，遇到以下一些问题并做了相应处理：①通过对快拼影像的观察，除正常的错位外，由于部分照片水域面积过大，浪花、水纹、水面高度对构网产生影响，岛屿的快拼成果还存在岛屿边缘拼接错乱的现象。特在后续空三工程进行前，将海水面占相片面积50%以上的相片舍去。②由于像控点刺点时受相片角度限制，会发生平面位置偏差甚至在高程上产生影响。采取在一轮刺点完成后，再进行立体刺点，对点位进行调整，从而尽可能保证像控点点位正确。③对于点位难以辨认的情况，采取先闲置，待大部分控制点完成后，进行控制网平差，再对改点进行点位预测，结合外业量测像控所采集的照片进行点位确认，完成最终刺点。
2.3立体测图
人工采集产生的误差是误差中一个比较重要的来源。地物的高度、遮挡等都会对矢量采集产生影响。因此，提高作业员作业精度和操作熟练程度可提升矢量采集成果的精度；同时，制作相应的高精度正射影像在编图过程中有一定的辅助作用。以某海岛基础地形图测绘为例，在实施过程中着重做好以下两点工作：一是，选择合适的航摄时机，在低潮位时间段作业，获得的影像最大限度地覆盖海岸的滩涂范围，同时沿海岸线间相邻影像的曝光时差尽量控制较短时间内，避免瞬时水崖线的互差较大；二是，海岸线采集时综合参考水崖线痕迹、水边线形态和地貌特征，最大限度地保持海岸线的逼真性，当采集的海岸线与地形要素发生矛盾时，在高程限差范围内适当调整海岸线的平面位置。
2.4外业调绘
立体测图形成了初步的地形图成果后，通过外业调绘，对地形图进行全面核查和调绘，主要包括地物修补测、屋檐改正、电杆连线、属性调查及地形图表示综合取舍等内容，确保地形图表示的内容完整正确。
2.5成果整合
结合外业调绘资料对进行内业测图成果编辑处理，同时对采用数字测图方法采集的建成区一、二类地物点及其他补测数据进行整合，最终获得测区范围内完整的1∶500基础地形图成果。要注意做好地形图数据接边、成图与验收，利用提交的全野外数字化和基于航空摄影的遥感测图获得的地形图数据依照各自范围，对航测区域交界的区域对地形要素进行物理性、逻辑性接边，保证地形数据的无缝连接。其次遵循1∶500地形图成图的原则要求进行成图、整饰。
3.结束语
通过科学的优化技术路线，1∶500无人机航测法高精度成图试验成功并在实际工程中得到应用，完成了业内追求多年的夙愿，顺利实现1∶500地形图测绘工期缩短、成本降低的目标。无人机航摄系统软硬件技术难点不断突破，已经达到实用化阶段，越来越成为现代数据采集的主要手段。将无人机航空摄影测量技术应用于大比例尺地形图测绘，具有机动性强、作业效率高、适应范围广等特点，可快速获取3D数字测绘成果，将是未来新型基础测绘体系服务的发展趋势。
参考文献：
[1]张珑耀.大面积地形图测绘中无人机的运用[J].低碳世界.2017（19）
[2]数字地形图测绘中的几个问题探析[J].任学琪.科技創新与应用.2017（17）
[3]潘文锋.1：500地形图测绘中数字摄影测量的运用[J].通讯世界.2017（14）
关键词：地形图；无人机；航测；精度
引言
长期以来1∶500大比例尺地形图都是通过全野外数字化进行测图，具有投入作业人员多，项目周期长，作业环境较差，数据更新不灵活等特点，大大影响了外业测量工作，造成大比例尺地形数据更新的速度不能满足城市建设快速发展的需要。随着航测仪器（工作站）的升级，数码摄影（DDC）的应用，航空摄影测量精度进一步提高，获取高精度高分辨率影像逐渐成为常态。同时通过无人机及激光雷达可以快速获取航摄影像及激光点云数据，为新方法应用于1∶500大比例尺测图提供了技术保障。
1地形图1∶500无人机航测技术精度
1∶500地形图测绘全野外成图工作量大，工期较长，成本较高。长期以来，为了减少工作量、缩短工期、降低成本，业内一直尝试采用航测法成图，并做了大量研究和尝试，但精度一直不理想。近些年无人机航摄因为使用方便，数据获取成本低、速度快，在1∶1000、1∶2000等比例尺的地形图测绘、正射影像图生产等领域得到广泛应用，但在1∶500航测法地形图测绘中，精度仍然不能完全达到规范要求。有必要采用一些关键技术手段和方法，以增强影像质量、提高影像地面分辨率、减小镜头畸变影响、提高像片外方位元素精度。
（1）增加构架航线。构架航线与正常航线垂直布设，起高程控制点作用，有利于减少像片控制点量测数量，增强区域网模型之间连续性，提高空中三角测量平差精度。构架航线结合事后差分解算提供的像片高精度POS数据，能够实现稀少像片控制点甚至无像片控制点完成空中三角测量。
（2）适度提高影像地面分辨率。影像分辨率越高，在航测法成图的各个环节中对影像的判读精度就会越高，但是航摄效率会下降。根据《数字航空摄影规范第一部分：框幅式数字航空摄影》，1∶500航测法成图要求航摄地面分辨率小于0.08m，在兼顾航摄效率的同时为了提高成图精度，根据经验确定地面分辨率为0.04～0.05m。
（3）减小像点位移。像点位移会降低影像解析能力，影响判读精度。规范规定像点位移一般不应大于1个像素，最大不应大于1.5个像素。由像点位移公式δ=v×t/GSD可知，要减小像点位移就要降低飞行速度，缩短曝光时间。所以需要在确保影像质量的情况下将曝光时间缩到最短。根据经验，像点位移小于1/3个像素时可保证影像解析能力。
（4）确保相机曝光与移动站GPS记录时间戳高度同步。相机曝光的真实时间与移动站GPS记录的时间戳总会有些误差，需要采用一定的技术手段最大限度减小这个差值，尽可能实现相机曝光时间与移动站GPS记录的曝光时间戳同步。
（5）增强像片影像质量。像片影像质量直接影响影像判读准确度，对1∶500测图尤为重要。所以需要选用成像质量较好的相机，选择空气洁净、光照充足的时间段，优化相机参数后进行航摄，以获得影像质量较好的像片。
（6）提高像片重叠度。提高像片航向重叠度和旁向重叠度，有利于减少对像片边缘影像的利用，最大限度降低像片畸变纠正过程中的影像纠正误差。规范规定航摄重叠度一般应为航向60%～65%，旁向20%～30%。为了提高成图精度，可加大重叠度。根据经验，航向重叠度取70%～75%，旁向重叠取60%～65%可显著提高空中三角测量平差精度。
2地形图1∶500无人机航测技术
2.1像控点测设
无人机航摄完成后，结合测区快拼影像数据和POS数据进行像控点布设方案设计，并对于不同布设方案的精度影响和可操作性进行对比分析，选择确定适合项目的像控点布设方案。以某项目为例，由于测区范围内有部分山地，为保证像控点分布均匀，且在区域四周及拐点都布有控制点，项目提前在测区范围内特征点不明显的区域布设像标点。采用独立观测两测回方法，共测得像控点385个，其中像标88个，测回间平面坐标互差最大为3.6cm，高程互差最大为5.6cm，满足项目像控点精度要求。
2.2空三加密
空中三角测量是航空摄影测量的技术核心，决定了模型精度和测图精度。在本项目空三加密过程中，遇到以下一些问题并做了相应处理：①通过对快拼影像的观察，除正常的错位外，由于部分照片水域面积过大，浪花、水纹、水面高度对构网产生影响，岛屿的快拼成果还存在岛屿边缘拼接错乱的现象。特在后续空三工程进行前，将海水面占相片面积50%以上的相片舍去。②由于像控点刺点时受相片角度限制，会发生平面位置偏差甚至在高程上产生影响。采取在一轮刺点完成后，再进行立体刺点，对点位进行调整，从而尽可能保证像控点点位正确。③对于点位难以辨认的情况，采取先闲置，待大部分控制点完成后，进行控制网平差，再对改点进行点位预测，结合外业量测像控所采集的照片进行点位确认，完成最终刺点。
2.3立体测图
人工采集产生的误差是误差中一个比较重要的来源。地物的高度、遮挡等都会对矢量采集产生影响。因此，提高作业员作业精度和操作熟练程度可提升矢量采集成果的精度；同时，制作相应的高精度正射影像在编图过程中有一定的辅助作用。以某海岛基础地形图测绘为例，在实施过程中着重做好以下两点工作：一是，选择合适的航摄时机，在低潮位时间段作业，获得的影像最大限度地覆盖海岸的滩涂范围，同时沿海岸线间相邻影像的曝光时差尽量控制较短时间内，避免瞬时水崖线的互差较大；二是，海岸线采集时综合参考水崖线痕迹、水边线形态和地貌特征，最大限度地保持海岸线的逼真性，当采集的海岸线与地形要素发生矛盾时，在高程限差范围内适当调整海岸线的平面位置。
2.4外业调绘
立体测图形成了初步的地形图成果后，通过外业调绘，对地形图进行全面核查和调绘，主要包括地物修补测、屋檐改正、电杆连线、属性调查及地形图表示综合取舍等内容，确保地形图表示的内容完整正确。
2.5成果整合
结合外业调绘资料对进行内业测图成果编辑处理，同时对采用数字测图方法采集的建成区一、二类地物点及其他补测数据进行整合，最终获得测区范围内完整的1∶500基础地形图成果。要注意做好地形图数据接边、成图与验收，利用提交的全野外数字化和基于航空摄影的遥感测图获得的地形图数据依照各自范围，对航测区域交界的区域对地形要素进行物理性、逻辑性接边，保证地形数据的无缝连接。其次遵循1∶500地形图成图的原则要求进行成图、整饰。
3.结束语
通过科学的优化技术路线，1∶500无人机航测法高精度成图试验成功并在实际工程中得到应用，完成了业内追求多年的夙愿，顺利实现1∶500地形图测绘工期缩短、成本降低的目标。无人机航摄系统软硬件技术难点不断突破，已经达到实用化阶段，越来越成为现代数据采集的主要手段。将无人机航空摄影测量技术应用于大比例尺地形图测绘，具有机动性强、作业效率高、适应范围广等特点，可快速获取3D数字测绘成果，将是未来新型基础测绘体系服务的发展趋势。
参考文献：
[1]张珑耀.大面积地形图测绘中无人机的运用[J].低碳世界.2017（19）
[2]数字地形图测绘中的几个问题探析[J].任学琪.科技創新与应用.2017（17）
[3]潘文锋.1：500地形图测绘中数字摄影测量的运用[J].通讯世界.2017（14）