一、测区概况

       横沙岛，古称刘晓格勒。位于上海宝山区东北部长江口的最东端，是隶属于崇明县三座岛屿中最娇小的一座。横沙岛是长江下泄泥沙在口门附近形成的河口沙洲，后经不断沉积而露出水面成为冲积岛。横沙岛是长江口三大岛屿之一，位于长江入海口，四面环江临海。横沙与长兴、崇明二岛遥相呼应。

       测区基本情况：

       1、植被茂密，尤其是树林和大面积芦苇，GPS 信号往往比较弱，甚至没有信号，不能进行数据采集，同时，还需要人员忍受炎热的气候，时刻面临毒蛇蚊虫叮咬的威胁；

       2、淤泥较多，极易下沉，测量作业时人员易陷入泥潭，安全得不到保 障；

       3、浅滩区域，水深较浅，存在测量船不能达到的区域，地形量大且伴有淤泥等，极大的增加了测量的难度。

       因此我们采用无人机测量，无人机测量系统具有机动性、灵活性、安全性、大面积观测，能够弥补常规测量手段的缺陷，达到滩涂和海岸带测绘的目的。
二、项目实施计划

       本项目借助带有RTK/PPK的固定翼测绘无人机对测区进行航测。通过地面的基准站上安置的接收机，无人机机载的GPS接收机，分别对所有可见GPS卫星进行连续观测，并10HZ的数据记录。待飞行任务完成后，按照GPS的动态后处理原理，将基站数据文件和飞机记载的POS文件做解算，得到高精度的POS文件，其定位精度可达2cm～5cm，从而获取高精度航空制图成果，为滩涂的测量提供为精确的数据参考。

       本次项目摄影测量采用基于GPS辅助空中三角测量的摄影测量方案，其工作流程主要包括外业和内业两大步骤，具体流程见下图。



图1 流程图
三、工作流程

       本项目选用台湾碳基的带有RTK/PPK的Avian固定翼（通常称为蓝鸟），性能可靠、可有一定载荷、续航能力强、安全系数高的无人飞行器。它的起飞重量为4.5kg，航摄相机采用索尼ILCE-6000的相机，焦距为20mm，像素为2400万。

       采用低空无人飞机航测的作业流程，主要包括航线规划设计、像控点/检查点测量、自动空三解算、立体测图、外业调绘及编图、DOM制作等。

3.1航线规划设计



图2 航线规划设计图

3.2像控点布设的样例



图3 像控点布设样例图

3.3 自动空三

       数字摄影测量生产作业中,空中三角测量(简称空三加密)是关键工序之一,影响着是航测产品质量与工作效率。空三加密是确定整个测区的定位和定姿,从而获得测区内任意点的绝对坐标,依据提供的定向控制点和像片定向参数,确定区域内所有影像的外方位元素,从而求出该点所对应的物方空间三维坐标。

       本次项目的空三加密由注明航摄软件 瑞士Pix4D Mapper完成,该软件模块即为POS辅助空间三角测量，能自动生成空三报告，可通过报告来检核照片的质量。

3.4 DEM构建

       在系统自动读取并检查工程文件的基础上，添加影像，进行单机多核并行转换影像格式。影像格式转换完成后，生成核线影像，自动匹配影像。通过软件提取点云之后，采用建筑物和植被滤波以及Z值范围滤波两种方式，使用滤波后的数据生成TIN，并构建DEM。

       利用软件的DEM可视化模块，读入上述生成的DEM。如有较大的粗差点，即可在DEM模型上发现，重新返回数据准备的过程进行数据处理。其次，在软件中用立体模型上测制的检查点检测DEM的精度，生成检测报告，如有超限的点，重新返回数据准备的过程处理数据。

3.5 DOM匀色镶嵌

       处理低空影像的颜色问题，在DOM镶嵌制作过程中是一项重要的工序。一般来讲，影响正射影像最终颜色质量的主要因素一是单张影像内部亮度分布不均匀二是多张影像间色彩差异较大。在正射镶嵌系统中通过建立基于模板比值等多种算法对单张影像逐一进行匹配匀光，多张影像间采用基于Wallis滤波器的匀色处理，这样很好地解决了以上问题。

       采用快速镶嵌方法而成的图内镶嵌线相对规整，能够方便且易于人工编辑处理解决局部拼接线及色调差的问题。
四、航摄项目成果

4.1正射影像图（DOM）

       本次项目的DOM镶嵌由 瑞士 Pix4D和加拿大C3D软件（软件名称）配合完成。在系统自动读取并检查工程文件的基础上，添加影像，进行单机多核并行转换影像格式。影像格式转换完成后，生成核线影像，自动匹配影像。在生成与地面套合较好的TIN的基础上制作正射影像，离开地表面的高架地物/凹下去地物须加测地物特征线来保证高架地物/凹下去地物的影像与矢量图的套合，并使用匀光匀色软件经过色彩均衡处理，生成DOM。


图4 正射影像图

4.2数字表面模型（DSM）

       DSM，是数字表面模型,可以是地物表面的模拟，包括植被表面、房屋的表面.对DSM进行加工，去掉房屋、植被等信息，可以形成DEM。DEM必须是高程信息，是地表的模拟。

       在测绘领域，地形图是一个专有名词。它一般包括：测量控制点、居民地、水系、交通、管线、地貌、植被等内容。数字地形图的历史形态是模拟地形图，一般是纸质的。地形图上的地貌是用等高线、高程点、陡坎、陡崖等表达的。等高线和高程点，外加陡坎、陡崖及其比高构成了一种“高程模型”。通过对这些的判读，可以得到对地表高程的总体印象，是对实际地貌的一种模拟。数字地形图上的等高线和高程点是数字高程模型的一种。不规则三角网、规则格网都可以是数字高程模型，其核心特点是都可以对地表高程信息进行完整的模拟。

       此次飞行作业的区域全部位于野外，无其他地表地物的覆盖，因此DSM模型可大体反映出DEM数字高程模型。



图5 DSM


五、项目精度评定

       方法：在区域网平差计算的基础上，检查连接点对最近野外控制点的平面位置中误差、高程中误差。将DOM与地形图进行叠加，将DOM上采集坐标与地形图同名点进行比较，检查成果精度是否符合要求。

5.1 绝对定向

       区域网控制点的平面和高程成果取用RTK像控测量成果数据，区域网平差计算结束后，对基本定向点残差值、检查点误差不符值进行了统计。

统计结果见报告。

5.2 外业精度检测（立体量测）

       野外对地形图地物点进行检测，检测后的地形图地物点点位中误差精度区间进行统计。

       将DOM与地形图进行叠加，将DOM上采集坐标与地形图同名点、检查点坐标进行比较。

       本次实验项目，使用UAVER_Avian_RTK型无人机（蓝鸟），用时30分钟，对约2平方公里的面积进行了航飞，共拍摄照片425张。

       各成果的精度统计如下：

控制点（GCP）


图6 控制点图

       控制点的X方向的均方根误差为0.3cm，Y方向的均方根误差为0.7cm，Z方向的均方根误差为0.9cm.

检查点(Check Point)



图7 检查点图

       检查点的X方向的均方根误差为4.3cm，Y方向的均方根误差为6.9cm，Z方向的均方根误差为12.47cm。高程方面基本达到实验要求。

       此次基本达到了本次实验的目的，检核点的平面坐标控制在10cm以内，高程误差控制在20cm以内。