淺析無人機影像自檢校光束法區域網平差精度

(湖南輝達規劃勘測設計研究有限公司 湖南 長沙 410000)

淺析無人機影像自檢校光束法區域網平差精度

吳昌

(湖南輝達規劃勘測設計研究有限公司湖南長沙410000)

隨著科學技術的迅速發展，人們的生活水平的極大提高，對于新鮮事物的探索意識和探索能力也在不斷的加強，對于很多人類難以挑戰和完成的任務和工作也會考慮使用一定的技術去幫助我們完成的同時還能保證技術的提高和精確度的提高。無人機的出現就是對復雜地區、多云多霧地區的拍攝進行很好的飛行處理，進行靈活的完成任務，但是其中的鏡頭比較小，所以對于實際獲取的影響具有一定的影響，一般而言影像的幅度比較小，數量比較多，而且重疊度不規則。所以對于無人機獲取的影響在處理的方法和處理的過程中也是和傳統的航空影像比較不同。本文就是在介紹了無人機影像和“自檢校法”的基礎上，無人機影像自檢校光束法區域網平差模型、常規光束法區域網平差、自檢校光束法平差模型進行了分析，對其中的試驗結果進行探討，最后分析出對如何更好的定位精度的一些建議和措施。

無人機影像；自檢校；光束法區域網平差

引言

無人機遙感系統是我們在實際的操作中通過遙控器對無人飛行器的控制，從而使其具有低空檢測和進行一定的攝像的能。目前在很多方面的應用已經比較廣泛，比如在農村的土地確權上，在海洋環境的檢測上，在地質災害的勘察上，在人為很難達到或者進行實際操作的復雜環境下[1]。無人機攝像技術的廣泛使得對其探究和功能優化的力度也在不斷的加大，目前，對無人機攝像誤差的分析和處理主要采用空中三角測量的方法，但是，文章[2]已經表明，在已經引入了誤差的預更正后，平差之后的結果仍然在一定程度上存在較大的誤差需要我們去分析。

一、無人機影像和“自檢校法”介紹

(一)無人機影像介紹

無人機在傳統的概念理解上應該是無人駕駛的飛機，這里指的是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器，它具有體積小、造價低、使用方便、對作戰環境要求低、戰場生存能力較強等優點。在無人機攝像中就是采用無人機的優點對環境復雜或者要求比較多的地方進行攝像處理，往往能達到意想不到的結果。

(二)“自檢校法”介紹[3]

“自檢校法”是目前的使用和研究中在空中三角測量的基礎上對系統誤差的消除最有效和最靈活的方法，是使用最為廣泛的方法，同時也是處理效果最好的。在處理的原則上把相片的坐標函數作為相片的系統誤差，但是對于使用的無人機數碼相機需要建立一定的系統誤差模型，需要對誤差的模型和相關的參數進行分析處理。

二、無人機影像自檢校光束法區域網平差模型分析

(一)POS輔助光束法區域網平差分析

POS系統是我們經常使用的全球定位系統(GPS)慣性導航系統(INS)進行組合使用的一種組合導航系統，它不但結合了全球定位系統的優點而且有效的使用了慣性導航系統的優點，在進行影像處理的時候，在影像曝光的時刻可以及時的獲取使用數碼相機的相關信息，包括空間位置和姿態變化，給數據和位置的獲取能夠對航空影像的定向分析有一定的幫助和支持。POS對于數碼相機的空間位置是通過無人機的動態GPS定位技術了測量，該技術是基于GPS接收機采用的。是通過載波相位來進行判斷和分析的。POS對于數碼相機姿態角的獲取是利用其自身具有的慣性測量裝置進行分析測量，可以對姿態角進行一定的記錄和實時的傳輸。

利用POS輔助光束法區域網平差分析的基本原理是通過測量點坐標、攝站坐標和姿態角等作為其實際使用的觀測值，利用相對應的地面控制點坐標、外方位元素和在實際操作中的各種系統產生的誤差改正之后的數值作為一定的待定參數，根據測量點坐標、攝站坐標和姿態角的權，然后采用最小二乘法進行物點三維坐標的求解。主要利用的方法原理是將實際攝影測量的值和非攝影測量的值進行實際的聯合平差，然后求解其加密點的坐標。這里把其中的流程歸結為圖1的流程。

圖1 POS系統實際數據處理的流程

(二)常規光束法區域網平差分析

在對POS輔助光束法區域網平差進行分析之后，這里進行介紹常規光束法區域網平差，它是利用光束的原理，在實際的操作測量中待定點、像點(這里是指控制點的像點)、攝影中心、地面點都可以構成一條光束。利用平差基本單元和平差基礎方程的方法進行分析數據，處理數據，平差的基本單元選用形成的一條光束，平差基礎方程為共線方程。對觀測值的選擇一般是用像點的坐標，其他的坐標和元素作為待定參數(主要是利用地面點坐標以及相應的攝像外方位元素)，對1張相片能夠列出2個誤差方程，對于n張就能列出2n個誤差方程進行求解待定點的地面坐標。

(三)自檢校光束法平差模型分析

一般而言，在處理的原則上我們把相片的坐標函數作為相片的系統誤差，但是對于使用的無人機數碼相機需要建立一定的系統誤差模型，需要對誤差的模型和相關的參數進行分析處理。在前面介紹和分析了以光線束為基本單元的常規光束法區域網平差方法，在其連接的誤差方程中，如何能利用一定的參數對系統的誤差進行抵償，將會有效的增加其中的準確性，在實際的操作中可以通過增加待定參數，這種方法稱為光束法區域網平差。

對像點坐標中產生的所有系統誤差進行消除，使其能夠有效的滿足中心點和像點以及物點共線的這一基本條件。主要是通過共線條件方程進行一定的改進，將改進后的誤差方程(包括地面控制點的、GPS和POS觀測值的)根據最小二乘法的原則進行整體的平差計算，這樣可以得到參數的估值和其他參數的數值也會被遺棄計算出來。

(四)自檢校光束法平差精度分析

自檢校光束法平差的精度是在進行質量控制的關鍵方面，是進行空中三角測量的基礎組成，我們一般可以根據理論分析法或者是試驗驗證法進行對其精度進行測量和計算。對于理論分析法要利用統計學中的知識和內容進行計算分析的，在統計學中方差-協方差的傳播定律是推導平差量精度的關鍵。對于試驗驗證法，需要在地面上固定大量的檢查點，對檢查點進行坐標記錄分析，對實際測量的平面位置和計算出的結果進行比較，把其中的差值當做一定的真誤差在實際的對比中作為一定的參考。

三、實驗結果分析

(一)實驗數據的測量

在某一地區采用實地的測量進行結果的分析，利用2條航帶20張影像，對每條航帶上10張影像進行實際試驗。在其他的參數中，GSD=5cm，像幅6000×4000，像素5.97um，控制點的個數采用3個，對上述各項數據進行說明時候對數據平差進行分析。

表2 外方位元素精度(m)

(二)實驗結果分析

對每一種方法的測量計算結果進行分析和討論，我們主要能得出下面幾個結論：

(1)對POS輔助光束法區域網平差方法和常規光束法區域網平差方法的精度進行分析，我們能夠發現，常規光束法區域網平差方法在一定的程度上要遠遠高于POS輔助光束法區域網平差方法，但是在實際的測量和數據采集的時候，常規光束法區域網平差方法需要在地面設置大量的控制點，對于有些地理條件比較復雜或者環境季候比較惡劣的地方是非常困難的。相比較而言，POS輔助光束法區域網平差方法在實際的應用中比較普遍，還能減少工作的強度，有效的提工作的效率。

(2)在采用以上幾種校驗方法進行試驗的同時得到不同的數據和結果，所得到的相機參數和原始參數也是有一定的差別，我們可以推測出一個結論，動態環境的情況下，初始相機內的參數是在隨時發生變化的。

(3)光束法區域網平差在實際的結果中顯示對于影響誤差的影響比較大，在和其他幾種方法對比的情況下，是最為敏感的一種，在對無人機進行初始參數進行檢校的時候不能完全的保證無人機的誤差最小，在一定的情況下需要進行引入自檢校光束法區域網平差，這種方法也是保證誤差比較小，保證受到的影響最小的可靠措施。

四、結束語

隨著科技的不斷發展進步，無人機攝像的發展還有很大的發展空間，當前的影響處理中，空中三角測量的精度還是很難控制，影響還是比較大，由于外界環境對相機參數有一定的影響，所以通過改變相機參數的辦法具有一定的限制性，本文提出的自檢校光束法區域網平差對這一問題有很好的解決，對于地面控制點的提高，對于精確度的穩定有效都有一定的幫助。

[1]武帥瑩.基于無人機影像區域網平差精度研究[J].測繪與空間地理信息,2014.

[2]李天子,郭輝.非量測數碼相機的影響糾正[J].測繪通報,2006.

[3]郭忠磊,趙志勇,滕惠忠,申家雙,張靚.無人機影像自檢校光束法區域網平差精度分析[J].海洋測繪,2016.

吳昌(1985.5-)，男，湖南湘潭人，本科，注冊測繪師，從事工程測量和航測4d產品生產工作。