无人机航测在大比例尺地形图测绘中的应用探究

引言：在复杂地形条件下传统测绘方法面临效率低下、精度不足等难题的情况下，凭借低成本、高效率、高灵活性等优势的无人机航空摄影测量正逐步替代传统测绘方法应用于大比例尺地形图测绘工作中，而对无人机航测技术在大比例尺地形图测绘中的应用展开研究对于提高测绘效率、保障成图精度、降低作业成本有着重要意义。

一、工程概况

某市矿区西北某项目工程用地以裸土、灌木及少量构筑物为主组成的约 2.6 平方公里区域，地势起伏较大、相对高差近 20 米且地形条件复杂的状况下，常规人工测量方法难以高效完成之情形，靠采用大疆Mavic3 无人机进行航空摄影测量来为数据采集工作提供便捷高效技术支持以完成1:1000 比例尺地形图测绘任务。

二、无人机航测在大比例尺地形图测绘中的应用要点

（一）技术路线

无人机航测技术路线是依据项目实际情况制定的完整工作流程，主要包括前期准备、数据采集和后期处理三个阶段。前期准备阶段确定测区范围并规划航线；数据采集阶段执行无人机低空摄影和像控点布设与量测；后期处理阶段完成空三加密、数字线划图绘制和成果检查验收。

（二）无人机航摄

无人机航摄作为航测数据采集的核心环节，本项目以大疆Mavic3 四旋翼无人机来执行低空摄影任务且飞行符合相关规范要求，依据测区实际地形分布，航线规划采取东西向飞行模式，设计 20 条平行航线并分 3 次飞行完成，累计飞行时间约 80 分钟，航摄作业将相对航高设定为 150 米、地面分辨率设定为 4 厘米，航向重叠度与旁向重叠度分别设定成 80% 和 75% ，飞行速度控制在 15 米/秒，进而共获取 1965 张航摄影像[1]。

（三）像控点布测

像控点布测是确保航测精度的关键环节，根据已规划的航线特点，在测区周边及拐角位置以间隔500 米均匀布设16 个像控点且在测区内部增加2 个像控点以强化网形结构；为减小变形影响，像控点坐标采用当地独立坐标系统并由专业测量人员运用GPS网络RTK技术实地测量；采用尺寸为40 厘米×40 厘米黑白相间方格的专用标志物作为控制点以确保在航摄影像中清晰可辨；控制点的平面及高程精度严格按相关测绘规范执行控制在±0.2 厘米以内且所有控制点信息完整记录并建立控制点点之记，为后续空三加密提供可靠基础数据。

（四）空中三角测量

空中三角测量乃是基于野外实测少量控制点，以严密数学模型把实测地面控制点当作平差条件，于计算机上开展控制点加密的过程；本项目完成飞行任务后，即将全部航摄影像、控制点文件、POS数据以及相机检校文件导入Pix4Dmapper专业航测处理软件里予以自动建模。首先检查影像质量，删除曝光不良、模糊或变形严重的影像，然后进行特征点自动匹配。人工将实测控制点精确刺到对应影像上，设置合理权重，执行空三加密计算。采用光束法区域网平差算法进行多次迭代计算，直至结果满足精度要求。最终空三解算精度中误差为 0.154 像元，控制点在X、Y、Z三个方向的均方根误差分别为 0.012 米、0.013 米和 0.018 米，满足 1:1000 比例尺地形图测绘精度要求。控制点空三解算精度见表 1。

表 1 控制点空三解算精度

（五）数字地形图绘制

在航测技术应用中，数字地形图的绘制是将航测数据转化为实用成果的关键环节。本项目采用航天远景 MapMatrix 软件完成内业线划图工作。项目流程首先是将空三加密产生的去畸变影像、外方位元素文件及相机参数导入系统，构建符合 1:1000 比例尺精度标准的立体模型。随后对每个像控点进行全面检验，确保模型具有可靠质量，消除视差现象，保证高程数据稳定性，同时确认影像具备足够清晰的分辨率。技术人员利用该软件的立体测图功能，通过立体模型的跟踪矢量化，判读并获取地物特征点，严格按照测图规范进行数字线划图绘制。完成所有地物和地貌要素采集后，将矢量化结果转入南方 CASS 软件进行深入处理，包括定义线型、管理图层、添加注记标注以及整饰处理，最终生成符合规范标准的 DWG 格式成果文件[2]。

（六）数据质量检查

全面质量监控通过对每张图进行系统巡视，全方位核查图面要素的完整度、地物属性的合理性以及图形表达的准确度。抽样验证则从最终数据成果中随机选取 15% 的点位开展外业实地测量，系统比对外业实测坐标与内业测绘坐标，从而计算出各类精度指标参数。检查内容包括平面精度、高程精度和地物点间距三个方面，共检查 143 个点位。为了最大限度地减少人为因素带来的误差，在进行平面精度评估时，选择了建筑物拐角点、道路标线等清晰可辨的特征点作为比对基准对象。检查结果显示，平面精度中误差为 0.174 米，高程精度中误差为 0.165 米，地物点间距中误差为0.215 米，粗差率均控制在 3% 以内，完全满足 1:1000 比例尺地形图测绘相关技术规范要求。

三、无人机航测精度保障措施

（一）航线规划优化与多模式重叠飞行策略

保障测量精度的关键步骤在于航线规划环节，需采用优化设计与多模式重叠飞行策略，项目实施时要在常规航线基础上增加与正常航线垂直的交叉航线以形成网格状航线结构，从而有效增强区域网模型的几何刚性并显著提高空三平差精度，同时得根据地形起伏特点对高差变化大的区域适当增加航线密度以降低高差变化对成像质量的影响，且采用大重叠度设计（航向重叠度不低于 80% ，旁向重叠度不低于 75% ）来确保每个地物点至少在 5 张以上影像中出现，进而提高同名点匹配精度和空三解算可靠性。

（二）全面检校与标定系统的精确维护机制

确保无人机航测精度的核心环节在于全面检校与标定系统的精确维护，其包括在项目执行前对无人机搭载相机严格开展几何检校和辐射校正以确定准确的方位元素（如主距、主点坐标和畸变系数等参数），建立完整相机标定档案并定期复检以追踪参数变化，同时对 RTK/PPK 定位系统严格校准确保位置和姿态数据精度，在航摄任务前后均进行控制点测试以验证 RTK 系统工作状态和坐标系统一致性，此外对 IMU 惯性测量单元校准确保飞行姿态数据准确从而为影像后处理提供可靠外方位元素初值。

（三）多源数据融合与智能化误差补偿技术

在项目实施过程中综合运用多种测量数据源的情况下，把无人机获取的航摄影像数据与地面控制测量、激光雷达扫描等数据予以融合处理以互为检核和补充，采用智能化算法针对包括镜头畸变误差、POS 系统误差和大气折射误差等的系统误差进行建模与补偿，于空三加密处理时采用自适应权重策略依据像控点位置分布和可靠性动态调整权重参数来优化平差结果，针对地形起伏变化大的区域采用分区域处理策略为不同特征区域建立独立的误差模型以提高整体建模精度，同时引入 AI 深度学习算法辅助特征点匹配和筛选来提高同名点识别准确率并降低误匹配带来的系统误差从而为高精度地形图测绘提供可靠数据保障。

结束语

综上所述，无人机航测技术凭借科学的航线规划、优化的像控点布设以及专业的立体测图软件，能有效保障大比例尺地形图测绘的精度与效率；未来可进一步就多传感器融合技术展开探索，通过将倾斜摄影、激光雷达同传统航测数据相结合，达成更高精度、更丰富的三维地理空间信息获取之目的，进而为智慧城市建设以及自然资源管理给予更为全面的空间数据支持。

参考文献：

[1]王婉情.无人机航测在大比例尺地形图测绘中的应用探究[J].新疆有色金属,2024,47(06):74-75.

[2]魏世丽,董巧玲.浅析无人机航测技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].华北自然资源,2023,(04):99-101.