基于FANS FES的IMU/DGPS輔助航空攝影快速質量檢查方法

陳燕燕++崔迎迎

摘 要：該文以IMU/DGPS輔助航空攝影成果快速質量檢查為研究內容，以承德市城鄉規劃局三維數字規劃項目0.05米分辨率IMU/DGPS（即POS）輔助航空攝影快速質量檢查為例，將傳統的人工質檢方式和基于FANS FES質檢的效率和精度進行了對比分析，得出結論：使用FANS -FES人工工作量少、速度快、準確度高，能夠降低飛行成本，縮短航攝工期，并形成了快速質檢驗收的整套工作流程和實施方案。最后，結合多年的航攝質檢工作經驗，分析了基于軟件質檢的優勢和不足，提出了使用該技術的幾點建議。

關鍵詞：IMU/DGPS FANS FES POS數據 航空攝影 質量檢查

中圖分類號：TP79 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0031-03

隨著航空攝影技術的發展，航空攝影質檢軟件系統的研發和應用也迅速崛起，推動了質檢方式由全人工向人機交互或者計算機為主、人工為輔的方向發展。

目前測繪行業航空攝影成果質檢軟件有兩種類型：一種是基于航攝影像和像片中心點坐標數據進行質量檢查；另一種是基于IMU/DGPS數據（即POS數據）進行質量檢查，兩者各有優勢。基于影像的飛行質量檢查軟件系統優點是對像片中心點坐標數據精度要求不高，缺點是基于影像同名點匹配，運算時間較長，且地形高差變化較大時旁向重疊度計算準確度低、不同時間獲取的影像差異較大時匹配計算精度低；基于POS數據的質檢，即該文選用的FANS FES軟件，數據導入速度快，解算效率高、精度高，比較適合用于IMU/DGPS輔助航空攝影項目的質量檢查，自動化程度達80%左右，是人工檢查速度的5～6倍，且能夠大幅減少人工工作量。

1 FANS FES簡介

FANS FES是中科院地球物理研究所研發的一款飛行評估和質量檢查軟件，主要是基于POS EO數據文件和DEM，對面陣相機獲取的影像數據情況，進行快速的飛行質量檢查（根據數據量一般需要5～30 min），檢查項包括像片重疊度、旋偏角、傾斜角、航高保持、航線彎曲度，該軟件可用于外業飛行時的快速飛行質量檢查，即飛機落地后基于解算出的POS數據進行快速的飛行質量評估，以便于根據質量結果快速制定補飛計劃；也可用于質檢驗收時飛行質量的檢查，能夠大幅減少人工工作量，實現質檢驗收全部在計算機上快速有效進行。

2 基于FANS FES快速質量檢查技術路線

2.1 質量檢查內容

根據國家標準，IMU/DGPS輔助航空攝影成果質量檢查元素包括：飛行質量、影像質量、數據質量、附件質量。其中飛行質量檢查項包括：像片重疊度、覆蓋完整性、像片傾斜角、航線彎曲度、旋偏角、航高保持；影像質量檢查項包括：外觀、幾何精度、影像完整性；數據質量檢查項包括：偏心分量、觀測數據、解算數據精度；附件質量檢查項包括：技術文檔、檢定資料、整飾包裝、附圖和附表。在航空攝影項目飛行階段，主要檢查數據質量、飛行質量和影像質量。

2.2 基于FANS FES快速質量檢查流程

基于FANS FES快速質量檢測流程圖如圖1所示。

2.3 快速質量檢查技術路線

2.3.1 機載POS數據解算

航攝飛行獲取成果后，對機載POS數據進行完整性檢查，用IMU/DGPS輔助設備配套軟件POS Pac進行解算，解算完成輸出pos eo（像片外方位元素）。根據飛行記錄和飛行軌跡線，剔除pos eo數據中不在航線上的廢點，以減少干擾。為方便后期對照相應影像進行核查，可以在數據第一列添加對應影像編號，也可不加，后期需要時在質檢報告中添加影像編號，此階段一般用時20 min左右。

2.3.2 FANS FES快速飛行質量檢查

打開FANS FES，首先設置攝區中央子午線經度和Geoid Height（水準面高程），導入POS EO數據，設置影像路徑（可省略）、DEM路徑，選擇使用相機類型，設置測區參數、輸出報告路徑和警告容限值，即可開始運算，此過程根據數據量不同一般需要幾十秒到十幾分鐘，操作界面如圖2所示。

2.3.3 輸出飛行質量報告

運算結束可根據需要輸出重疊度評估報告、KML矢量報告、飛行質量超限報告、飛行質量統計報告。重疊度評估報告內容詳細全面，有每張影像的航向、旁向重疊度、旋偏角、傾斜角、三度重疊信息；KML矢量報告能夠用Google Earth打開，可直觀顯示出每張影像的覆蓋情況、重疊情況、點位置、航跡；飛行質量超限報告只輸出超限影像信息及超限情況；飛行質量統計報告輸出每條航線重疊度的最大值、最小值、相鄰像片最大高差、每條航線高差最大值、傾斜角最大值、航線彎曲度、旋偏角最大值信息。

2.3.4 人工交互檢查

待影像預處理完畢，檢查影像數據質量，查看影像分辨率、層次的豐富性，色彩反差和色調情況，存在云、煙、霧、雪、陰影等區域是否可用航向、旁向影像進行彌補。結合影像數據對軟件質檢報告中報警的數據進行人機交互檢查，判斷是否合格。

2.3.5 質量結果反饋

在質量檢查過程中發現質量問題及時記錄，若有不合格影像編制航攝補飛單，將質量結果反饋給現場飛行人員，以便于現場合理安排飛行計劃。

2.3.6 成果整理

經質檢合格的成果，按照國家標準規定進行成果整理，整理影像成果、制作相關文檔、圖、表，如航攝鑒定表、中心點結合圖、航線像片結合圖、完成情況圖、資料移交書等。

3 基于FANS FES的承德市IMU/DGPS輔助航空攝影快速質檢實例

承德市城鄉規劃局三維數字規劃項目作業區介于北緯40°50`～41°8`，東經117°37`～118°7`之間。東西跨度41 km，南北跨度32 km。在航攝階段采用IMU/DGPS輔助航空攝影技術，進行0.05 m分辨率的彩色數碼航空攝影，面積約650 km2，共7個分區，設計航線138條，航片10 041張。攝區分區及航線示意圖如圖3所示。

該項目航攝歷時一個月，共計8個架次，航攝時間30.41 h，包含補飛航線在內共計飛行150條航線，獲取航片數據11 803張，有效航片總數11 157張。飛行詳情如表1所示。

在航攝飛行階段，收到每架次數據均先使用FANS FES進行飛行質量檢查，尤其是在飛行比較密集的3-4，5-8架次，航攝當天檢查飛行質量，現場根據當日天氣情況預判影像質量，安排第二天的飛行、補飛計劃，不再受制于接送數據、影像預處理、質檢的時間限制，提高了航攝效率，縮短了工期，減少了人工工作量，取得了較好的經濟效益。

為檢驗軟件結果的可靠性，項目每架次成果影像處理完畢均進行了人工質檢，并將人工質檢結果與軟件結果進行比對，部分結果如表2所示。

結果表明，軟件質檢結果具有較高的準確性，與人工檢查結果基本一致，具有較高的可靠性。目前已應用于多個項目生產中，如開魯航空攝影、科爾沁航空攝影、浙江基礎航攝（湖嘉）項目、慶元縣基礎航空攝影、新昌傾斜攝影等。

4 結論及建議

該文基于FANS FES軟件使用POS數據和DEM數據檢查IMU/DGPS輔助航空攝影成果，每架次成果從解算POS數據到輸出飛行質量報告一般需要30 min～1 h左右，優點是：效率高、速度快、準確度高；軟件具有可編輯性，能夠根據需要增減相機、修改程序參數；具有可擴展性，支持Roll、Pictch、Heading旋角系統的外方位元素飛行質量檢查，例如：能夠用于無人機航攝數據的飛行質量檢查。但也存在一些不足，若pos或DEM數據精度較低或航攝傾斜角過大時，質檢結果可靠性會降低，需要人工進一步確認。

將多個項目軟件質檢結果與人工結果比對，總結了以下幾點使用建議：導入軟件前刪除不在航線上的無用POS數據，以提高航線自動識別的正確性；若一條航線存在2次飛行時，將2次飛行分別進行評估，以提高航線臨近關系識別的正確性；軟件質檢時預警值的設置適當增加容差值，以減少錯檢漏檢率。

參考文獻

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