无人机航测技术在地形图测绘中的应用

引言：随着测绘技术发展及无人机平台日益成熟，无人机航空摄影测量技术逐步应用于各类地形图测绘工作之中，传统航测方式因成本高、起降场地要求严格等因素受限，地面测量于复杂地形区域不仅效率低下且存在安全隐患，而无人机航测技术以低成本、高效率、操作简便等优势，为地形图测绘开辟了新的技术路径，尤其在大比例尺带状地形图测制方面展现独特价值，对提升工程测量效率与质量有着重要意义。

一、无人机航测地形图测绘概述

作为新兴测绘手段的无人机航测技术在地形图测制领域发挥着日益重要作用，其结合无人机平台与数码航空摄影系统，有着操作灵活、成本较低、效率高等显著优势，在传统测绘难实施的复杂地形区域展现独特适应性，搭载高精度数码相机的现代无人机能在不同高度飞行获取高分辨率影像以满足从 1:500 到 1:10000 等多种比例尺地形图测制需求，且其工作流程含航线规划、控制点布设、影像获取、空中三角测量和立体模型构建等环节，技术链条完整又系统。

二、无人机航测技术在地形图测绘中的应用

（一）航线设计及像控点布设

航线设计作为无人机航测的前期关键环节，对数据采集质量和效率有着直接决定作用。实际作业中，通常依据测区地形特征以及成图比例尺要求来确定合适摄影比例尺与地面分辨率，比如对于 1:2000 比例尺地形图测绘，一般将摄影比例尺设计为 1:20000，把地面分辨率控制在 14 厘米左右。航线布设依循区域网航测原则，按照测区形状规划航线以确保 65% 航向重叠和 30% 旁向重叠，如此配置可有效保证立体观测精度。在像控点布设上，针对平行航线采用区域网布点法，于相邻 4 条基线设置一对像控点，且在不规则区域网凹凸角处增补平高点[1]。飞行控制系统利用GPS进行定点曝光管理，控制旋偏角小于 8°以保证影像质量。

（二）空中三角测量

空中三角测量是无人机航测数据处理的核心环节，其主要任务是确定影像外方位元素和加密点坐标。针对无人机搭载普通数码相机的特点，需采用光束法区域网平差技术处理成像几何质量差和飞行状态不稳定等问题。操作流程首先进行数据准备，包括建立测区和导入影像数据；其次自动定向，建立航线偏移点并连接相邻航线；然后进行自动转点，在无人监督状态下完成连接点加密；最后对连接点进行编辑并平差处理。在实际应用中，空三加密控制点的平面中误差可控制在 ±0.1 米左右，高程中误差约^±0.08 米，最大残差不超过 ±0.23 米。系统性误差通过自检校光束法自动抵偿，提高平差质量。对于影像质量不佳的区域，采用人工干预方式编辑或删除粗差点，确保数据处理成果满足地形图测绘精度要求。

（三）立体模型数据采集

立体模型数据采集是将空中三角测量成果转化为地形图要素的关键步骤。通过数字摄影测量工作站，利用像对单元建立立体模型，进行地物要素采集。操作人员通过立体观测获取地物位置和高程信息，采集内容包括地貌特征点、建筑轮廓、道路网络和水系等要素。针对边界清晰、形态规则的建筑物，点位中误差可达到 ±0.33 米；而对于其他地物，误差约为 1±0.65 米。高程测量方面，传统单镜头无人机航测系统因构像畸变影响，高程中误差约为 1.62 米，最大误差可达 2.76 米，难以满足 1:2000 地形图 0.16～ 1.3 米的高程精度要求，针对此问题可以采用五镜头倾斜航空摄影测量技术，通过下视和侧视多角度成像，焦距分别为 50 毫米和 80 毫米，在 200米飞行高度下获取高分辨率影像[2]。

三、案例分析

（一）工程概况

某省际高速公路勘察项目全长约 32 公里且途经平原、丘陵和低山地形，地势起伏变化明显高差达 280 米之巨，其勘察测绘任务要求生成 1:2000比例尺地形图以满足路线设计及工程量计算所需，鉴于传统测量方法在该项目实施时面临工期紧、地形复杂、植被覆盖度高诸多难题，项目部遂决定采用无人机航测技术来进行地形数据采集。

（二）应用要点

1.前期准备与飞行参数设置

针对该高速公路项目的具体情况，技术团队首先进行了细致的前期准备工作。测区范围确定后，根据 1:2000 比例尺地形图测绘要求，设定摄影比例尺为 1:20000，地面分辨率控制在 14 厘米。飞行平台选用了翼展 2.5米的固定翼无人机，搭载SWDC-5 相机，像素为 5616×3744 ，相机焦距为50 毫米。通过精心规划，测区共划分为四条主航线，航向重叠度设置为 70% ，旁向重叠度为 30% ，以确保数据连续性和立体观测效果。考虑到测区地形起伏变化，实际飞行高度控制在 400 米至 700 米之间，基高比平均保持在0.24，采用GPS飞控系统实施定点曝光，整个测区共覆盖 159 张航片，旋偏角控制在 8 度以内，确保影像质量。

2.控制点布设与精度控制

为确保航测成果的精度，项目团队在测区布设了 48 个像控点，采用GNSS-RTK技术进行高精度测量，点位中误差控制在 2 厘米以内。像控点分布遵循“四周控制、内部加密”原则，相邻四条基线至少有一对像控点，特别在测区凹凸角处增补了平高点。通过室内精密控制场对相机进行检校，获取了内方位元素 X₀=2827.2248 ， Y₀=1913.2899 ，f=5551.3438，以及畸变系数K1=0.000000002992364652，K2=-0.000000000000000124 等参数，为后续数据处理奠定了基础。质量控制中特别注意了航线连接处理，在相邻航线间人工量测同名点建立连接关系，保证测区网络结构稳定。

3.空三加密与模型构建

在数据处理阶段，技术人员采用VirtuoZoATT软件进行空三加密，通过自动转点和区域网平差，处理过程中重点检查粗差点并及时剔除。空三计算结果显示，控制点平面中误差为 0.102 米（X方向）和 0.110 米（Y方向），高程中误差为 0.076 米，最大残差分别为 0.230 米、0.202 米和 0.182 米，完全满足规范要求，基于空三成果采用JX4-C数字摄影测量工作站建立立体模型，实现了地物要素的三维采集；对于较为复杂的地形区域，引入了五镜头倾斜航测技术，下视相机和侧视相机焦距分别为 50 毫米和 80 毫米，飞行高度降至 200 米，地面分辨率提高到 6 厘米以内，显著改善了高程精度[3]。

（三）精度验证与成果分析

为验证测图精度，项目组于测区内选取 50 个检核点进行GPS-RTK实测并与模型生成数据对比，结果显示：采用常规单镜头无人机航测方法，平面精度良好（建筑物点位中误差 0.332 米、其他地物点位中误差 0.645 米，满足 1:2000 比例尺地形图测绘要求），但高程中误差达 1.62 米超出规范限值；而采用五镜头倾斜摄影测量技术后高程精度显著提高（检核点高程差值控制在 0.60 米以内，完全满足规范要求），最终生成的 1:2000 数字地形图含完整地物要素与精确高程信息，可为高速公路项目设计及施工提供可靠地形数据支持。

结束语

综上所述，凭借灵活性、高效率和精准性的无人机航测技术在地形图测绘领域展现出巨大潜力；未来伴随传感器技术进步与数据处理算法优化，有着精度进一步提高、与倾斜摄影及激光雷达等技术融合发展进而形成更为完善测绘技术体系之况的无人机航测，可为工程建设提供更加精准、全面的空间地理信息服务之举。

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]路璐.基于微型无人机航测大比例尺地形图的测绘[J].黑龙江科学,2022,13(08):130-131.

[3]张利.基于无人机航测技术的地形图测绘模式分析[J].华北自然资源,2021,(05):75-76.