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[摘 要]随着固定翼轻型无人飞机航摄系统的推广应用，也将在数字城市建设、国家应急救灾及灾后重建、地理国情监测和新农村测绘保障等方面发挥积极的作用。本文工团利用固定翼无人机航摄测绘1：1000地图，检验无人机航测成图能否满足相应规范的精度要求，为以后无人机航摄测绘大比例尺地图提供经验。
[关键词]无人飞机航摄 空三加密 地形图 DEM DOM
中图分类号：X928 文献标识码：X 文章编号：1009―914X（2013）34―0232―01
随着固定翼轻型低空无人飞机技术的发展和 GPS自动驾驶技术的运用，利用无人飞机进行应用于测绘的航空摄影成为现实。无人飞机体积小巧，机动灵活，不需专用跑道起降，受天气和空域管制的影响很小，能够在极短的时间内快速获取影像。研究利用无人飞机获取的航空影像进行地形图测绘，对影像获取困难地区以及需要快速成图的地区有着重要的现实意义，其快速、现时性强等特点，将在城市规划、数字城市建设、国家应急救灾、地理国情监测和新农村测绘保障等方面发挥积极的作用。
1 低空无人飞机航摄系统
硬件系统由五部分组成：无人机飞行平台、传感器数码相机、飞控系统、地面监控系统与遥控器以及地面运输与保障系统。
无人机飞行平台：无人机由机体、操纵系统、动力系统三部分组成。
传感器：航摄用传感器配备佳能5D markⅡ定焦数码相机，焦距分别为35 mm和24 mm。相机像素大小为6.4μm，像幅大小为5 616像素× 3 744像素。
飞控系统：飞控采用自动驾驶仪UP30，它高度集成了GPS接收机、气压传感器、空速传感器、飞行控制系统等部件，可以稳定控制各种气动布局的中低速无人机，实现导航、定位和自主飞行。
地面监控系统与遥控器：地面监控系统包括地面监控工作站（联想便携式计算机）、UP30飞控软件、电台和天线。其中在UP30飞控软件中设计编辑航线和航路点，能够实时修改无人机的飞行姿态和目标航点，同时可实时显示无人机的各种飞行参数和电池电压。所有这些数据均通过电台和天线与无人机进行通讯。遥控器是手动控制无人机飞行的远程控制设备，技术娴熟的操控手利用遥控器可以实现无人机滑跑起飞和降落。
地面运输与保障系统：地面运输与保障系统配有一辆汽车，可长距离装载运输无人机设备。另外还配有警示筒、警示衣、警示绳等安全保障设备。
2地形图航空摄影测量
2.1航空摄影
使用数码相机航摄时，航线设计以GSD（地面分辨率）为出发点，先由成图比例尺确定GSD，
进而确定航高。在高差较小的地区航摄时，成图比例尺与GSD的对应关系如表1所示。
本次航摄采用35 mm焦距的数码相机，其焦距和像元尺寸是确定的，航高与地面分辨率有关，它们存在以下比例关系f/H = &/ GSD
上式中f为焦距（35 mm），H为航高，&为像元尺寸（6.4μm），GSD为地面分辨率。
根据以上公式可计算出本次航摄的相对航高约为550 m，绝对航高1 070 m。根据航测规范要求，本次航摄航向重叠度设定为65%，旁向重叠度设定为35%，按照计算的航高和重叠度、地面分辨率等参数，输入航线设计软件，计算曝光点坐标，并可确定本次航摄的航线数、相片数、基线长度、旁向间距、总航程等参数。
2.2像控测量
2.2.1 控制点的布设
采用区域网布点方式布设像控点。1：2000像片控制点一般布设跨度为4-6条基线；1：1000 像片控制点一般布设跨度为2-4 条基线；1：500像片控制点一般布设跨度为2-4条基线，且在区域网的四周多布设一些控制点。
2.2.2像控点位置判刺
野外像控点以判点为主，刺点为辅。像控点的实地判点精度为图上 0.1mm，点位目标应选在影像清晰的明显地物上，交角良好的细小线状地物交点、明显地物折角顶点、影像小于 0.2mm 的点状地物中心。像控点应选在高度变化较小的地方，像控点与基准面不在同一平面时，均标注了比高，量注至 0.01m。
2.2.3像控点测量
像控点测量使用 TYCORS 系统，TYCORS 系统是由国土资源局投资建设的。参考站间距可达50-80 公里，精度均匀，性能可靠，初始化快。采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率。实时定位水平精度≤ 3cm，高程精度≤ 5cm。所有的像控点均在实地进行刺点、整饰，且现场两人分别检查无误后方可离开。像控点的布设和精度均满足规范和设计书要求。
2.3内业加密
进行区域网空中三角测量平差前，需对经畸变差改正后的原始航空影像进行无控制自由网平差，如果相对定向误差不大于2 /3个像素，像点收敛值不大于2 /3个像素，则该原始航空影像畸变差改正正确，可开展后续工作。利用VirtuoZoAAT 3.5空三加密软件进行无人机航空影像区域网平差，精度情况见表2。
表2中平面限差、高程限差为《数字航空摄影测量 空中三角测量规范》对1：1000丘陵的精度要求。
测区有部分外业全野外测绘1：1000地形图数据，为了进一步检测高程精度，将图内内已有外业实测高程点导入立体模型检测立体模型高程精度，精度情况见表3
2.4数字高程模型（DEM）及数字正射影像（DOM）制作
2.4.1 DEM 制作
JX4 通过采集特征点线，同时特征点线匹配的结果参与计算生成DEM，同时在立体状态下，检查匹配的 DEM，在经过必要的编辑，完成 DEM 成果及微分纠正生产 DEM 成果。
2.4.2 DOM 制作
1）影像匀光匀色处理
航空影像上可能存在单幅影像内部亮度分布问题或者相邻影像之间的色彩差异问题，系统利用匀光匀色功能对影像内部与影像之间的颜色问题进行处理。
2）单片正射纠正处理
由于航空摄影时，还不能保持像片严格水平，而且地面也不可能是水平面，致使像片上的构像产生像点位移、图形变形以及比例尺不一致。将竖直摄影的航摄像片通过投影变换，获得相当于航摄相机物镜主光轴在铅垂位置摄影的水平像片，同时改化规定的比例尺，这种作业过程称为像片纠正。利用空三加密成果与 DEM 数据对匀光后的影像进行单片正射纠正，得到每幅影像的单片正射纠正影像。
3）色调一致性处理
对于无法使用色调模板进行色差消除的航测区（例如测区规模大、地物差异大等），消除了影像之间的色彩差异。
4）镶嵌处理
对单片正射纠正影像，采取自动和人工相结合的方法，获得高质量的 DOM 鑲嵌成果。
3 结语
本次试生产工作，我们从航摄、外业控制、内业空三及测图各个环节均严格按照国家测绘局相关技术规范进行，通过外业精度验证，我们得出以下结果：在1：1000 测图方面，DOM 成果检查了62 个平面点，中误差为±0.26m，DEM成果检查了49个高程点，中误差为± 0.28m，DLG成果的平面精度满足规范，高程精度满足《1：500；1：1000；1：2000 地形图航空摄影测量内业规范》（GB/T7930-2008）规范要求，DOM满足国家规范。
参考文献
[1] 韩杰，王争.无人机遥感国土资源快速监察系统关键技 研究[J].测绘报，2008（2）.
[2] 刘鹏，彭艳鹏，邹秀琼等.我国无人机航摄系统现状和前景[J].地理空间信息，2010，（4）.
[关键词]无人飞机航摄 空三加密 地形图 DEM DOM
中图分类号：X928 文献标识码：X 文章编号：1009―914X（2013）34―0232―01
随着固定翼轻型低空无人飞机技术的发展和 GPS自动驾驶技术的运用，利用无人飞机进行应用于测绘的航空摄影成为现实。无人飞机体积小巧，机动灵活，不需专用跑道起降，受天气和空域管制的影响很小，能够在极短的时间内快速获取影像。研究利用无人飞机获取的航空影像进行地形图测绘，对影像获取困难地区以及需要快速成图的地区有着重要的现实意义，其快速、现时性强等特点，将在城市规划、数字城市建设、国家应急救灾、地理国情监测和新农村测绘保障等方面发挥积极的作用。
1 低空无人飞机航摄系统
硬件系统由五部分组成：无人机飞行平台、传感器数码相机、飞控系统、地面监控系统与遥控器以及地面运输与保障系统。
无人机飞行平台：无人机由机体、操纵系统、动力系统三部分组成。
传感器：航摄用传感器配备佳能5D markⅡ定焦数码相机，焦距分别为35 mm和24 mm。相机像素大小为6.4μm，像幅大小为5 616像素× 3 744像素。
飞控系统：飞控采用自动驾驶仪UP30，它高度集成了GPS接收机、气压传感器、空速传感器、飞行控制系统等部件，可以稳定控制各种气动布局的中低速无人机，实现导航、定位和自主飞行。
地面监控系统与遥控器：地面监控系统包括地面监控工作站（联想便携式计算机）、UP30飞控软件、电台和天线。其中在UP30飞控软件中设计编辑航线和航路点，能够实时修改无人机的飞行姿态和目标航点，同时可实时显示无人机的各种飞行参数和电池电压。所有这些数据均通过电台和天线与无人机进行通讯。遥控器是手动控制无人机飞行的远程控制设备，技术娴熟的操控手利用遥控器可以实现无人机滑跑起飞和降落。
地面运输与保障系统：地面运输与保障系统配有一辆汽车，可长距离装载运输无人机设备。另外还配有警示筒、警示衣、警示绳等安全保障设备。
2地形图航空摄影测量
2.1航空摄影
使用数码相机航摄时，航线设计以GSD（地面分辨率）为出发点，先由成图比例尺确定GSD，
进而确定航高。在高差较小的地区航摄时，成图比例尺与GSD的对应关系如表1所示。
本次航摄采用35 mm焦距的数码相机，其焦距和像元尺寸是确定的，航高与地面分辨率有关，它们存在以下比例关系f/H = &/ GSD
上式中f为焦距（35 mm），H为航高，&为像元尺寸（6.4μm），GSD为地面分辨率。
根据以上公式可计算出本次航摄的相对航高约为550 m，绝对航高1 070 m。根据航测规范要求，本次航摄航向重叠度设定为65%，旁向重叠度设定为35%，按照计算的航高和重叠度、地面分辨率等参数，输入航线设计软件，计算曝光点坐标，并可确定本次航摄的航线数、相片数、基线长度、旁向间距、总航程等参数。
2.2像控测量
2.2.1 控制点的布设
采用区域网布点方式布设像控点。1：2000像片控制点一般布设跨度为4-6条基线；1：1000 像片控制点一般布设跨度为2-4 条基线；1：500像片控制点一般布设跨度为2-4条基线，且在区域网的四周多布设一些控制点。
2.2.2像控点位置判刺
野外像控点以判点为主，刺点为辅。像控点的实地判点精度为图上 0.1mm，点位目标应选在影像清晰的明显地物上，交角良好的细小线状地物交点、明显地物折角顶点、影像小于 0.2mm 的点状地物中心。像控点应选在高度变化较小的地方，像控点与基准面不在同一平面时，均标注了比高，量注至 0.01m。
2.2.3像控点测量
像控点测量使用 TYCORS 系统，TYCORS 系统是由国土资源局投资建设的。参考站间距可达50-80 公里，精度均匀，性能可靠，初始化快。采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率。实时定位水平精度≤ 3cm，高程精度≤ 5cm。所有的像控点均在实地进行刺点、整饰，且现场两人分别检查无误后方可离开。像控点的布设和精度均满足规范和设计书要求。
2.3内业加密
进行区域网空中三角测量平差前，需对经畸变差改正后的原始航空影像进行无控制自由网平差，如果相对定向误差不大于2 /3个像素，像点收敛值不大于2 /3个像素，则该原始航空影像畸变差改正正确，可开展后续工作。利用VirtuoZoAAT 3.5空三加密软件进行无人机航空影像区域网平差，精度情况见表2。
表2中平面限差、高程限差为《数字航空摄影测量 空中三角测量规范》对1：1000丘陵的精度要求。
测区有部分外业全野外测绘1：1000地形图数据，为了进一步检测高程精度，将图内内已有外业实测高程点导入立体模型检测立体模型高程精度，精度情况见表3
2.4数字高程模型（DEM）及数字正射影像（DOM）制作
2.4.1 DEM 制作
JX4 通过采集特征点线，同时特征点线匹配的结果参与计算生成DEM，同时在立体状态下，检查匹配的 DEM，在经过必要的编辑，完成 DEM 成果及微分纠正生产 DEM 成果。
2.4.2 DOM 制作
1）影像匀光匀色处理
航空影像上可能存在单幅影像内部亮度分布问题或者相邻影像之间的色彩差异问题，系统利用匀光匀色功能对影像内部与影像之间的颜色问题进行处理。
2）单片正射纠正处理
由于航空摄影时，还不能保持像片严格水平，而且地面也不可能是水平面，致使像片上的构像产生像点位移、图形变形以及比例尺不一致。将竖直摄影的航摄像片通过投影变换，获得相当于航摄相机物镜主光轴在铅垂位置摄影的水平像片，同时改化规定的比例尺，这种作业过程称为像片纠正。利用空三加密成果与 DEM 数据对匀光后的影像进行单片正射纠正，得到每幅影像的单片正射纠正影像。
3）色调一致性处理
对于无法使用色调模板进行色差消除的航测区（例如测区规模大、地物差异大等），消除了影像之间的色彩差异。
4）镶嵌处理
对单片正射纠正影像，采取自动和人工相结合的方法，获得高质量的 DOM 鑲嵌成果。
3 结语
本次试生产工作，我们从航摄、外业控制、内业空三及测图各个环节均严格按照国家测绘局相关技术规范进行，通过外业精度验证，我们得出以下结果：在1：1000 测图方面，DOM 成果检查了62 个平面点，中误差为±0.26m，DEM成果检查了49个高程点，中误差为± 0.28m，DLG成果的平面精度满足规范，高程精度满足《1：500；1：1000；1：2000 地形图航空摄影测量内业规范》（GB/T7930-2008）规范要求，DOM满足国家规范。
参考文献
[1] 韩杰，王争.无人机遥感国土资源快速监察系统关键技 研究[J].测绘报，2008（2）.
[2] 刘鹏，彭艳鹏，邹秀琼等.我国无人机航摄系统现状和前景[J].地理空间信息，2010，（4）.