无人机系统可以实现操控的智能化及数据处理的智能化，由无人机获得的影像经过自动处理进行三维重建后，还可以使用人工智能的手段进一步解译处理获取需要的成果数据^[1]。传统的无人机测量，由于飞行不稳定、影像漏洞、阴影等因素的影响，需要布设地面控制点对影像进行校正^[2-6]，免像控无人机的发展为解决这一问题提供了很好的帮助^[7-9]。Trimble UX-5 HP无人机系统(unmanned aerial vehicle, UAS)在Trimble UX-5的发展基础上，采用3 600万像素的高分辨率相机，配置后处理差分的高精度Trimble GNSS接收机，采用高重叠度的方法来减少漏洞，无需地面控制点即可获取高精度正射影像图和高密度点云数据^{[8, 9]}。

本文采用Trimble UX-5 HP无人机系统飞行计划，使用Trimble Inpho UAS Master软件实现免像控航片自动拼接、正射处理、点云生成等智能操作，同时在Virtual Surveyor^[8]、EPS、CASS等软件下直接进行地形图数据采集，实现了跨摄影测量传感器平台的地形图采集作业流程。以山东省临沂市祊河滨河公路带状地形图测绘工程为实例，在沿线硬化路面及相应的桥面设施设靶标点，使用山东CORS网络RTK(real-time kinematic)对靶标点进行测量，并使用全站仪对植被覆盖区的局部地形图进行测量，进行试验分析与评价。

1 Trimble无人机航测工作流程与数据处理 1.1 数据采集流程

无人机航摄系统测制大比例尺地形图需要考虑天气状况、飞行的季节、起飞降落地点、飞行的续航时间、飞行范围、飞行航高(成图比例尺的要求及地形的限制)、航片重叠度等因素。工作流程如图 1所示。

1.2 智能化数据处理及地形图制作 1.2.1 智能化数据处理

TrimbleUX-5 HP主要包括飞行处理系统Trimble Business Center和数据处理系统Trimble Inpho UAS Master两个部分。

Trimble Business Center主要用于飞行的智能化处理，如导入底图确定飞行的范围、设置起降点、布设航线、确定航高、设置重叠度、计算航片准确的POS状态等。

Trimble Inpho UAS Master主要用于数据的智能化处理，如实现连接点的自动提取与影像的自动拼接、快速获取正射影像DOM及点云数据等。其成果可导入其他数据处理软件进行地形图的制作。

1.2.2 地形图制作

地形图是本次飞行需要获得的成果数据，项目组应用EPS软件和CASS软件进行地形图的制作，该方法可以替代传统的手轮脚盘提高工作效率。具体实现方案如下：

1) 将DSM(digital surface model)与DOM数据导入EPS软件，可以将DOM影像及虚拟的三维模型同时显示在电脑桌面上，效果如图 2所示。再通过地形图制作功能模块画出道路、沟坎、房屋、植被等地形图制图要素，并且通过虚拟三维模型选取合适的高程点，高程点选取时可以通过地物的一些固有特征进行判别，如河堤以及河口加固的石护一般都是均匀变化的，如果出现植被覆盖时高程异常是可以发现的，就可以将该点的高程舍弃。

2) 将上一步获取的成果以DWG的格式导出并导入到CASS中，对其中的部分地物属性进行完善，如防洪墙。在CASS中防洪墙属性更为全面，有直立式防洪墙、有栏杆防洪墙、有栏杆直立式防洪墙等，而EPS软件中对此属性不是很明确，这就需要对这些属性进行完善，有利于设计人员的对地物的判断。将EPS软件中选取的高程点展到CASS软件中构建三角网并进行等高线的生成、修改与完善。

2 工程应用需求与工程实施 2.1 作业区概况与飞行参数设定

临沂市祊河是临沂市主要河流，属沂河水系一级支流。发源于山东省平邑县白彦镇的大筐崮(今名太皇崮)，流经山东省费县梁邱镇、费城镇、胡阳镇、探沂镇、新桥镇以及临沂市兰山区义堂镇，在临沂城北汇入沂河。此次地形图测量的比例尺为1:1 000，河道横断面图的比例尺为1:200(间隔100 m一条)，测区范围从临沂市北外环(206国道)到费县东风村附近(河道左岸)，河道长度23 km，宽度从水崖线往外500 m，总面积11.5 km²。

此次飞行时间为3月初，天气晴朗，风力3~4级，地势相对平坦，沿河堤两侧植被覆盖及居民房屋较多。飞机起降场地选于紧靠航摄区域的无障碍平坦耕地(共3处)，航线设计为自适应地形模式，相机镜头焦距15 mm，飞行13架次(共飞行了2 d)，相对航高约230 m，航向重叠度为80%，旁向重叠度为80%。

2.2 检测点的选取、布设与测量

为检验航飞精度，在影像边缘两侧和影像中间位置(尽量选取硬化地面)每间隔约1 000 m绘制3个地面检测靶标标识，靶标尺寸为30 cm×30 cm，共布设靶标60个，并选取地物检查点100余点(主要包括桥面及路面上人行道的角点、加固石护坡的拐点、路灯、高压塔、房屋等特征点)，选取地形检查点400余点。靶标点、地物点及地形点的测量主要基于山东CORS网络RTK作业方式，RTK作业前已对附近的5个高等级的平高控制点进行了测量，4个点用于求解7参数，1个点用于精度检验，精度满足全球定位系统实时动态(RTK)测量技术规范CH-T2009-2010的要求。

2.3 航测精度检查 2.3.1 精度检查方法

地物点检查：将山东CORS网络RTK测量的靶标点与地物特征点导入到航飞获得的数字地形图成果中，量测出地形图中靶标中心点、地物特征点与RTK观测点的距离误差。

地形点检查：把采集的400个地形点导入到航飞等高线成果中进行对比，提取出高程误差。

2.3.2 精度统计

通过对靶标点的检查，平面位置的最大误差为0.24 m, 中误差为0.11 m; 高程最大误差为0.17 m, 高程中误差为0.07 m。通过对地物点平面位置的检查，平面位置的最大误差为0.53 m，中误差为0.27 m；地形点高程最大误差为0.37 m，中误差为0.23 m。横断面图平面位置最大误差为0.29 m，中误差为0.17 m；高程最大误差为0.26 m，中误差为0.15 m。检查点精度统计如表 1所示。

2.3.3 精度分析与评价

1) 地物点精度分析与评价。靶标点主要设置在平坦开阔的硬化路面或桥面上，平面和高程精度相对较高。而地物点的平面位置受建筑物等地物边界、角点提取误差的影响比较大，平面误差相对比较大，地物点的高程因为地物遮挡很难获得准确的地面高程，需要参考地物附近平坦无遮挡区域的地面高程来确定。

2) 地形点精度分析与评价。地形点主要选取了河口及护堤的顶底、裸露的岩石、耕地以及部分稀疏植被覆盖的区域。在无遮挡、有岩石或已修石护坡的区域，高程精度比较高，在稀疏植被覆盖的区域因为部分点有阴影高程精度稍差。

3) 通过对河堤、防洪墙、加固石护、硬化路/桥面等地物固有属性的把握，在选取高程点时，可以降低高程点的误差，提高测图精度。

4) 利用航飞的点云数据直接生成等高线会引入植被、房屋等地物的高度误差，在绘制等高线时就会引入误差，从而降低测图的精度，通过EPS模拟三维模型手动选取合适的高程点可以提高测图的高程精度，成果数据也更符合测图要求。

5) 利用Trimble Business Center软件对植被、房屋等地物的掩膜剔除处理，再进行点云数据的自动提取可以降低地物覆盖时引入的高程误差，在实际作业中需要根据地形点精度决定是否对地物覆盖区进行修/补测。

2.4 工作效率的对比

该项目确定4个人成立一个作业组，用数字全站仪测量大约需要25~30工作日，而航拍测图从野外飞行到内业成图总共花费了6.5工作日，其中飞行2工作日，内业成图3工作日，外业检查调绘1.5工作日，时间缩短为原来的1/4。

3 结束语

TrimbleUX-5 HP无人机可以快速获取测区的DOM和DSM影像，利用其成果绘制的地形图成图精度完全满足1:1 000~1:2 000等大比例尺测图的要求。通过EPS软件进行地形图制作时，三维影像更直观，方便了内业成图人员的操作，可以不必在复杂的手轮脚盘上进行操作，减少了内业成图人员的作业难度，提高了工作效率。同时无人机在200 m高度飞行的航片也很清晰，可以降低错绘漏绘的概率，单个房屋、线杆、水井等地物都可以识别标识出来，可以大大减轻测量工作者的工作量。