一、測區(qū)概況

       橫沙島，古稱劉曉格勒。位于上海寶山區(qū)東北部長江口的最東端，是隸屬于崇明縣三座島嶼中最嬌小的一座。橫沙島是長江下泄泥沙在口門附近形成的河口沙洲，后經(jīng)不斷沉積而露出水面成為沖積島。橫沙島是長江口三大島嶼之一，位于長江入?？?，四面環(huán)江臨海。橫沙與長興、崇明二島遙相呼應(yīng)。

       測區(qū)基本情況：

       1、植被茂密，尤其是樹林和大面積蘆葦，GPS 信號往往比較弱，甚至沒有信號，不能進行數(shù)據(jù)采集，同時，還需要人員忍受炎熱的氣候，時刻面臨毒蛇蚊蟲叮咬的威脅；

       2、淤泥較多，極易下沉，測量作業(yè)時人員易陷入泥潭，安全得不到保 障；

       3、淺灘區(qū)域，水深較淺，存在測量船不能達到的區(qū)域，地形量大且伴有淤泥等，極大的增加了測量的難度。

       因此我們采用無人機測量，無人機測量系統(tǒng)具有機動性、靈活性、安全性、大面積觀測，能夠彌補常規(guī)測量手段的缺陷，達到灘涂和海岸帶測繪的目的。
二、項目實施計劃

       本項目借助帶有RTK/PPK的固定翼測繪無人機對測區(qū)進行航測。通過地面的基準(zhǔn)站上安置的接收機，無人機機載的GPS接收機，分別對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并10HZ的數(shù)據(jù)記錄。待飛行任務(wù)完成后，按照GPS的動態(tài)后處理原理，將基站數(shù)據(jù)文件和飛機記載的POS文件做解算，得到高精度的POS文件，其定位精度可達2cm～5cm，從而獲取高精度航空制圖成果，為灘涂的測量提供為精確的數(shù)據(jù)參考。

       本次項目攝影測量采用基于GPS輔助空中三角測量的攝影測量方案，其工作流程主要包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大步驟，具體流程見下圖。



圖1 流程圖
三、工作流程

       本項目選用臺灣碳基的帶有RTK/PPK的Avian固定翼（通常稱為藍鳥），性能可靠、可有一定載荷、續(xù)航能力強、安全系數(shù)高的無人飛行器。它的起飛重量為4.5kg，航攝相機采用索尼ILCE-6000的相機，焦距為20mm，像素為2400萬。

       采用低空無人飛機航測的作業(yè)流程，主要包括航線規(guī)劃設(shè)計、像控點/檢查點測量、自動空三解算、立體測圖、外業(yè)調(diào)繪及編圖、DOM制作等。

3.1航線規(guī)劃設(shè)計



圖2 航線規(guī)劃設(shè)計圖

3.2像控點布設(shè)的樣例



圖3 像控點布設(shè)樣例圖

3.3 自動空三

       數(shù)字?jǐn)z影測量生產(chǎn)作業(yè)中,空中三角測量(簡稱空三加密)是關(guān)鍵工序之一,影響著是航測產(chǎn)品質(zhì)量與工作效率?？杖用苁谴_定整個測區(qū)的定位和定姿,從而獲得測區(qū)內(nèi)任意點的絕對坐標(biāo),依據(jù)提供的定向控制點和像片定向參數(shù),確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位元素,從而求出該點所對應(yīng)的物方空間三維坐標(biāo)。

       本次項目的空三加密由注明航攝軟件 瑞士Pix4D Mapper完成,該軟件模塊即為POS輔助空間三角測量，能自動生成空三報告，可通過報告來檢核照片的質(zhì)量。

3.4 DEM構(gòu)建

       在系統(tǒng)自動讀取并檢查工程文件的基礎(chǔ)上，添加影像，進行單機多核并行轉(zhuǎn)換影像格式。影像格式轉(zhuǎn)換完成后，生成核線影像，自動匹配影像。通過軟件提取點云之后，采用建筑物和植被濾波以及Z值范圍濾波兩種方式，使用濾波后的數(shù)據(jù)生成TIN，并構(gòu)建DEM。

       利用軟件的DEM可視化模塊，讀入上述生成的DEM。如有較大的粗差點，即可在DEM模型上發(fā)現(xiàn)，重新返回數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的過程進行數(shù)據(jù)處理。其次，在軟件中用立體模型上測制的檢查點檢測DEM的精度，生成檢測報告，如有超限的點，重新返回數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的過程處理數(shù)據(jù)。

3.5 DOM勻色鑲嵌

       處理低空影像的顏色問題，在DOM鑲嵌制作過程中是一項重要的工序。一般來講，影響正射影像最終顏色質(zhì)量的主要因素一是單張影像內(nèi)部亮度分布不均勻二是多張影像間色彩差異較大。在正射鑲嵌系統(tǒng)中通過建立基于模板比值等多種算法對單張影像逐一進行匹配勻光，多張影像間采用基于Wallis濾波器的勻色處理，這樣很好地解決了以上問題。

       采用快速鑲嵌方法而成的圖內(nèi)鑲嵌線相對規(guī)整，能夠方便且易于人工編輯處理解決局部拼接線及色調(diào)差的問題。
四、航攝項目成果

4.1正射影像圖（DOM）

       本次項目的DOM鑲嵌由 瑞士 Pix4D和加拿大C3D軟件（軟件名稱）配合完成。在系統(tǒng)自動讀取并檢查工程文件的基礎(chǔ)上，添加影像，進行單機多核并行轉(zhuǎn)換影像格式。影像格式轉(zhuǎn)換完成后，生成核線影像，自動匹配影像。在生成與地面套合較好的TIN的基礎(chǔ)上制作正射影像，離開地表面的高架地物/凹下去地物須加測地物特征線來保證高架地物/凹下去地物的影像與矢量圖的套合，并使用勻光勻色軟件經(jīng)過色彩均衡處理，生成DOM。


圖4 正射影像圖

4.2數(shù)字表面模型（DSM）

       DSM，是數(shù)字表面模型,可以是地物表面的模擬，包括植被表面、房屋的表面.對DSM進行加工，去掉房屋、植被等信息，可以形成DEM。DEM必須是高程信息，是地表的模擬。

       在測繪領(lǐng)域，地形圖是一個專有名詞。它一般包括：測量控制點、居民地、水系、交通、管線、地貌、植被等內(nèi)容。數(shù)字地形圖的歷史形態(tài)是模擬地形圖，一般是紙質(zhì)的。地形圖上的地貌是用等高線、高程點、陡坎、陡崖等表達的。等高線和高程點，外加陡坎、陡崖及其比高構(gòu)成了一種“高程模型”。通過對這些的判讀，可以得到對地表高程的總體印象，是對實際地貌的一種模擬。數(shù)字地形圖上的等高線和高程點是數(shù)字高程模型的一種。不規(guī)則三角網(wǎng)、規(guī)則格網(wǎng)都可以是數(shù)字高程模型，其核心特點是都可以對地表高程信息進行完整的模擬。

       此次飛行作業(yè)的區(qū)域全部位于野外，無其他地表地物的覆蓋，因此DSM模型可大體反映出DEM數(shù)字高程模型。



圖5 DSM


五、項目精度評定

       方法：在區(qū)域網(wǎng)平差計算的基礎(chǔ)上，檢查連接點對最近野外控制點的平面位置中誤差、高程中誤差。將DOM與地形圖進行疊加，將DOM上采集坐標(biāo)與地形圖同名點進行比較，檢查成果精度是否符合要求。

5.1 絕對定向

       區(qū)域網(wǎng)控制點的平面和高程成果取用RTK像控測量成果數(shù)據(jù)，區(qū)域網(wǎng)平差計算結(jié)束后，對基本定向點殘差值、檢查點誤差不符值進行了統(tǒng)計。

統(tǒng)計結(jié)果見報告。

5.2 外業(yè)精度檢測（立體量測）

       野外對地形圖地物點進行檢測，檢測后的地形圖地物點點位中誤差精度區(qū)間進行統(tǒng)計。

       將DOM與地形圖進行疊加，將DOM上采集坐標(biāo)與地形圖同名點、檢查點坐標(biāo)進行比較。

       本次實驗項目，使用UAVER_Avian_RTK型無人機（藍鳥），用時30分鐘，對約2平方公里的面積進行了航飛，共拍攝照片425張。

       各成果的精度統(tǒng)計如下：

控制點（GCP）


圖6 控制點圖

       控制點的X方向的均方根誤差為0.3cm，Y方向的均方根誤差為0.7cm，Z方向的均方根誤差為0.9cm.

檢查點(Check Point)



圖7 檢查點圖

       檢查點的X方向的均方根誤差為4.3cm，Y方向的均方根誤差為6.9cm，Z方向的均方根誤差為12.47cm。高程方面基本達到實驗要求。

       此次基本達到了本次實驗的目的，檢核點的平面坐標(biāo)控制在10cm以內(nèi)，高程誤差控制在20cm以內(nèi)。