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设备与工具3.2.3 影像获取
影像获取主要包括起飞前检查、无人机航飞、现场数据整理、检查等。
( 1) 起飞前检查
为确保无人机航摄安全，飞机通电后需要进行自检及严格的安全检查，具体如下:
①gBox 状态检查，线缆连接检查、GNSS 天线视野开阔、gBox 正常启动、锁定卫星检查。
②相机检查，SD 检查、相机设置检查、设置快门速度、清洁相机镜头和滤镜、相机热插拔线路连接、尼龙扣带固定、相机触发器检查、快门反馈检查。
③跟踪器检查，确保跟踪器打开、接收器接收信号检查。
④升降翼检查，外弦升降翼与内弦升降翼水平检查、升降翼反应检查。
⑤发射架检查，发射架装配、安全插销插入发射架、弹力绳力度检查。
⑥空速反应检查，确保空速反应正常。
⑦飞机定位检查，飞机装配到发射架上，定位螺旋桨位置、飞机位置正确。完成起飞前检查后，拆除安全插销，启用无人机系统，等待系统正常启动后，即可发射无人机。
( 2) 无人机航飞
无人机起飞后，按照规划路线升空进行影像数据采集，地面站开始对飞机工作状态进行实时监控，技术员应时刻关注无人机的状态、风速、飞机的高度及速度等指标，如发现异常应立刻做出判断和处理，如正常即按预定线路采集完成后返航降落。项目共航飞9 架次，采集影像数据2 600张。
( 3) 数据整理及检查
现场对航飞数据进行整理，核查拍摄照片数量与飞行轨迹参数是否一致，是否出现漏拍现象; 检查照片质量，是否有模糊不清等情况; 现场对航飞成果质量的进行全面、快速检查、计算航向重叠度、旁向重叠度、生成检查结果报表等。检查完成后如存在质量问题则需重新补摄飞行，若无质量问题，则本次航摄完成，如图6 所示。
图6 外业航飞质量检查
3. 3 数据处理与DOM 制作
3.3.1 空三加密
数据预处理主要包括原片检查、POS 数据整理、控制点数据整理等。预处理完成后利用INPHO 软件进行空三加密处理。空三加密过程中，在立体像对的点位上选刺控制点，通过控制点点位调整及平差优化，最终从40 个控制点位中选择了28 个点作为控制点，其余点位作为检查点，同时为了增加模型连接的强度，避免由于某一个控制点的误差过大引发全局性的负面影像，在立体像片上增加一些模型连接点tie point 参与空三平差。经过反复的点位调整、优化，最终达到平面0.07 m，高程0.06 m的绝对定向精度，如图7 所示。
图7 空三加密精度报告
3.3.2 DOM 制作
根据上述空三加密的成果，利用DEM 数据对影像进行数字微分纠正和影像重采样，生成单片的数字正射影像DOM，由于无人机飞行高度较低，高层地物同名点视差较大，按照相机中心投影的成像原理，影像边缘投影误差较大，往往会出现接缝和建筑物边缘扭曲的现象，所以，需要对正射影像的镶嵌线进行人工编辑，镶嵌线的选取等。
修改尽可能避免穿过大型建筑物，选择纹理不丰富的位置，远离影像的边缘，尽量沿道路及地面实体的边缘等。同时，对于不同拍摄角度、位置的照片存在的色差、亮度差进行匀光匀色处理，镶嵌线周边羽化处理，保证照片镶嵌自然，整体影像亮度、色差一致，如图8 所示。
图8 0.05 m 分辨率DOM 成果
3.3.3 DLG 立体采编
本项目1 ∶ 500DLG 制作通过航天远景Map Matrix平台与清华山维EPS 平台的定制与对接，利用EPS 平台进行二次开发，使立体测图与得到“图属合一”的GIS 数据的工作目的同时达成，相比国内目前绝大多数的DLG 生产流程更为高效、先进。
( 1) 数据准备，准备INPHO 空三平差工程文件及无人机原始影像数据，将必要的文件放到同一的文件夹的同级目录下，如影像ID、外方位元素文件，加密点文件，像点文件等，保持文件前缀名称一致。
( 2) 新建工程，打开EPS 基础测绘平台，选择航测采编模块，建立广州市基础地理模板-500 工程文件。
( 3) 模型恢复，选择立体测图菜单，加载立体像对，恢复立体模型。
( 4) 立体采编，挂接外接输入设备，设置工作区，开始进行数据采集工作。
按照立体模型实际能观测到的原则进行全要素采集，尽可能对可观测到的地物按照“内业定位、外业定性”的原则进行数字化跟踪，外业调绘修编等工作，共编制1 ∶ 500DLG 成果216 幅，如图9 所示。
图9 编绘的DLG
4 数据处理关键技术研究
4. 1 建筑物投影差改正[12]
本项目通过前期的研究成果，采用一种联合影像方位元素和物方三维点云数据的方法，利用投影中心、DSM、DEM 上形成的同名点共线关系，由DSM 物方点利用外方位元素计算出的DEM 像方点之间的高差所构造出的数字高程模型，形成跟随影像点位同步变化的投影高差模型，此处称它为影像同步变化的投影数字差模型( image elevation synchronous model， IESM) ，通过该模型采用共线方程解算房屋屋角的三维坐标，从而实现了建筑物的半自动投影差改正。由于测区建筑主要以低层居民房为主，利用投影差改正模型取得良好效果，如图10 所示。
图10 投影差改正原理及效果图
4. 2 EPS2012 集成二次开发
本项目以广州市规划基础信息化测绘平台EPS2012 为基础，采用VC++6. 0 开发平台及VBScript 脚本语言进行功能专业二次开发，实现了应用程序层以及全局数学函数库与控件库的动态链接SDL( Sunway dynamic linked library) ，快速搭建了基于EPS2012 航测采编平台，实现运行时动态加载或输入命令加载，如图11 所示。新开发的EPS 测图功能集成模块化管理，通过菜单工具条加载功能，延续了EPS 原有功能界面与操作习惯。同时对数据模板进行标准化封装，实现1 ∶ 500～1 ∶ 2000数据标准在制图显示过程中强制标准化，实现数据生产、制图输出、数据建库、数据应用四者一致性，有效保证数据无异化。
图11 基于EPS2012 平台开发的测图系统
5 项目成果与精度分析
基于无人机航摄数据，经上述流程化的处理，得到测区DOM、DEM、DLG 等，为了保证成果精度，对本次航摄测绘的地形图成果精度进行外业检测，采用GZCORS_RTK 快速获取外业检查点的三维坐标数据，整个测区内施测平面坐标及高程检测点122 个、距离检测点83个，利用中误差计算公式计算出各个检查点的中误差，依据计算结果可得( 如表1 所示) ，本次航摄绘制的1 ∶ 500地形图精度满足《低空数字航空摄影测量内业规范》的精度要求。可作为基础测绘成果提供使用。
6 结语
本文无人机航摄测绘大比例尺地形图生产应用，基于地形结构较简单、地势比较平坦地区，经实地检测，成果满足大比例尺地形图精度要求，作业效率也较传统测量模式有大幅提高，有效提高生产效率，缩短生产周期，加快了内、外业数据成产的一体化作业流程。满足了项目建设快速完成测绘任务的要求，为大比例尺地形图快速测绘提供了新的技术手段。
随着数字城市、智慧城市建设的全面发展，城市规划及建设对地形图的需求与日俱增，且更新周期越来越短。低空无人机航摄系统，凭借低空作业、机动灵活、高分辨率、高精度、高效率、低成本等特点，已广泛应用于城市规划、低空航空摄影、应急测绘、环保监测、工程勘察等领域。随着无人机航摄技术的不断成熟，续航能力、飞行稳定性、小像幅等缺点也将逐步得到改善，使其有更广阔的应用前景和优势。
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