無人機(jī)航測(cè)若干問題分析

何碧波，倪 峰，鄭明燈

（1.湖北省測(cè)繪地理信息局測(cè)繪應(yīng)急保障中心，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074）

無人機(jī)航測(cè)若干問題分析

何碧波1，倪 峰2，鄭明燈2

（1.湖北省測(cè)繪地理信息局測(cè)繪應(yīng)急保障中心，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074）

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)無人機(jī)搭載非量測(cè)相機(jī)進(jìn)行機(jī)航攝時(shí)存在高程誤差超限的問題進(jìn)行了分析，提出了解決方法，最終結(jié)果滿足規(guī)范要求，具有一定的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。

無人機(jī)；航測(cè)；航空攝影；內(nèi)方位元素

近年來，無人機(jī)作為一種新型遙感平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)村土地利用調(diào)查、作物長勢(shì)監(jiān)測(cè)、城市管理、國防事業(yè)等領(lǐng)域。無人機(jī)航空攝影測(cè)量可以快速、機(jī)動(dòng)、靈活地獲取項(xiàng)目區(qū)域的航空影像，無人機(jī)航空攝影雖然能夠快速滿足小面積、大比例尺地形圖繪制的需要，但效果往往不夠理想。本文結(jié)合洪湖市汊河鎮(zhèn)1∶2 000無人機(jī)航測(cè)項(xiàng)目，通過對(duì)其結(jié)果的歸納分析，提出了解決方案。

1 項(xiàng)目實(shí)施

本次項(xiàng)目區(qū)域位于湖北省洪湖市，屬于平原地區(qū)，項(xiàng)目要求完成汊河鎮(zhèn)1∶2 000地形圖繪制，面積約4 km2，由于面積較小，此次采用固定翼無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，搭載加固并檢校過的Canon EOS 5D MarkII數(shù)碼相機(jī)作為傳感器，單幅影像大小為5 616×3 744 像素，鑒定主距為35．513 mm，采用無地面基站機(jī)載GPS輔助航攝技術(shù)進(jìn)行航空攝影。測(cè)圖航線設(shè)計(jì)航高為真高550 m，地面實(shí)際分辨率為0．1 m，構(gòu)架航線設(shè)計(jì)航高為真高630 m，地面實(shí)際分辨率為0．12 m。共設(shè)計(jì)測(cè)圖航線10條，為第18-27航線；構(gòu)架航線2條，分別為第28、29條航線，實(shí)際攝影面積為6．3 km2，見圖1。

由于采用機(jī)載GPS輔助航攝技術(shù)進(jìn)行航空攝影，故僅需在加密測(cè)區(qū)四角布設(shè)相片控制點(diǎn)，4個(gè)相片控制點(diǎn)為：P8801、P8617、P8815和P8602。為了評(píng)價(jià)加密精度，還布設(shè)了10個(gè)檢查點(diǎn)，每個(gè)相片控制均有明顯地面標(biāo)志物選刺，并利用RTK和湖北CORS站進(jìn)行相片控制測(cè)量。

機(jī)載GPS數(shù)據(jù)下載后，聯(lián)合17 h的快速星歷進(jìn)行解算，最后根據(jù)每張相片曝光的GPS時(shí)刻內(nèi)插出每張相片的外方位元素的線元素[1-3]。

空三平差采用WuCaps聯(lián)合平差程序系統(tǒng)進(jìn)行，平差后的外方位元素導(dǎo)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站后再進(jìn)行航測(cè)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集。在外業(yè)調(diào)繪基礎(chǔ)上還利用了RTK對(duì)明顯建筑物進(jìn)行了平面測(cè)量，共測(cè)得房角、水渠角等明顯標(biāo)志物46個(gè)，項(xiàng)目區(qū)的高程根據(jù)內(nèi)業(yè)采集點(diǎn)位利用RTK進(jìn)行實(shí)測(cè)[4]。

圖1 汊河鎮(zhèn)航線及像控分布圖

2 精度及問題分析

1）空三精度分析?？杖讲詈蟮南窨攸c(diǎn)和檢查點(diǎn)的平面與高程余差情況見表1。

從表1中空三加密像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)的余差情況看，平面余差小于0．8 m，滿足1∶2 000航測(cè)加密要求；高程余差不能夠滿足1∶2 000航測(cè)加密要求。

2）成圖平面精度。利用外業(yè)測(cè)量的46個(gè)平面地物檢查點(diǎn)坐標(biāo)，在CAD環(huán)境下與航測(cè)內(nèi)業(yè)地形圖進(jìn)行比對(duì)，圖上點(diǎn)與實(shí)測(cè)點(diǎn)平面中誤差為0．75 m，小于規(guī)范要求的1．2 m，其中最小誤差0．22 m，最大誤差1．24 m。

由于空三加密像控點(diǎn)與檢查點(diǎn)的高程誤差超過規(guī)范要求，所以，此次地形圖高程點(diǎn)全部采用外業(yè)RTK實(shí)測(cè)的方式進(jìn)行，作業(yè)人員按照地形圖上的高程點(diǎn)的點(diǎn)位進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，共實(shí)測(cè)高程點(diǎn)103個(gè)，與航內(nèi)采集到的高程點(diǎn)在CAD下進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，圖面點(diǎn)與實(shí)測(cè)點(diǎn)的高程中誤差為0．73 m（規(guī)范要求0．4 m），最大誤差1．66 m。從本次項(xiàng)目的空三加密余差結(jié)果和最終地形圖成圖誤差情況來看，空三平差的精度情況與地形圖成圖精度情況相一致，其平面精度滿足規(guī)范要求，而高程精度達(dá)不到規(guī)范要求。

表1 像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)余差

由于無人機(jī)在飛行過程中，飛行姿態(tài)受氣流等外界因素的影響，拍攝時(shí)相機(jī)傾角過大，從而對(duì)模型高程面造成一定的扭曲，是導(dǎo)致高程誤差超限的原因之一；另外，由于民用相機(jī)鏡頭和機(jī)身部分在飛行過程中受飛機(jī)的振動(dòng)以及氣溫變化的影響，相機(jī)內(nèi)方位元素發(fā)生了改變，從加密結(jié)果可以看出，部分連續(xù)相片的相機(jī)主距變化能達(dá)到2%，這也在一定程度上也影響了航測(cè)的高程精度[5]。所以通過無人機(jī)搭載非量測(cè)相機(jī)航攝的方式，盡管在攝影前后對(duì)相機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定，也不能保證在攝影過程中內(nèi)方位元素的穩(wěn)定，因此難以獲得理想的航測(cè)高程精度[6]。

在一般情況下，數(shù)碼攝影完成的1∶2 000地形圖底圖影像實(shí)際分辨率在0．20 m左右，本項(xiàng)目采用無人機(jī)搭載普通數(shù)碼相機(jī)將地面實(shí)際分辨率提高到了0．10 m左右，從加密和成圖精度檢測(cè)的結(jié)果來看，能夠滿足1∶2 000地形圖平面精度要求的[7]。

3 結(jié) 語

利用無人機(jī)搭載檢校后的普通數(shù)碼相機(jī)并采用機(jī)載GPS輔助航攝可以滿足1∶2 000地形圖成圖的平面精度，但由于飛行姿態(tài)和相機(jī)內(nèi)方位元素不穩(wěn)定，高程精度不能滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范的要求。針對(duì)小面積或局部地形圖補(bǔ)測(cè)等應(yīng)急測(cè)繪工作，可采用無人機(jī)搭載GPS輔助航攝技術(shù)進(jìn)行航測(cè)項(xiàng)目生產(chǎn)，但其高程必須利用外業(yè)實(shí)測(cè)來完成，具有一定的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。

[1] 張祖勛, 張劍清．?dāng)?shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M]．武漢: 武漢大學(xué)出版社,1997

[2] 袁修孝,高宇,鄒小榮．GPS輔助空中三角測(cè)量在低空航測(cè)大比例尺地形圖成圖中的應(yīng)用[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）,2012,37(11):1 289-1 293

[3] 黃世德．航空攝影測(cè)量學(xué)[M]．北京:測(cè)繪出版社,1987

[4] 李征航,黃勁松．GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M]．武漢:武漢大學(xué)出版社,2003

[5] 馮文灝．關(guān)于近影機(jī)景攝檢校的幾個(gè)問題[J]．測(cè)繪科學(xué),2000 (6):13

[6] 柏飛．影響無人機(jī)航測(cè)高程精度分析[J]．測(cè)繪技術(shù)裝備,2014(3):92-93

[7] GB 7930-2008．1：500 1：1 000 1：2 000地形圖航空攝影測(cè)量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S]．

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B

1672-4623（2016）12-0013-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12.005

何碧波，高級(jí)工程師，主要從事測(cè)繪地理信息技術(shù)工作、測(cè)繪項(xiàng)目生產(chǎn)管理工作。

2016-05-03。