淺析機載POS系統固定翼無人機航攝系統應用

摘 要：近年來機載POS系統固定翼無人機發展迅速，在多個領域應用廣泛，現介紹機載POS系統固定翼無人機航攝系統應用，進行航攝測量作業的基本技術流程與實踐。

關鍵詞：POS系統；無人機；攝影測量

引言

最近幾年，工程建設日漸增多，地表形態變化頻繁，對于工程設計、建設單位而言能快速獲取作業地區地理空間數據顯得尤為迫切。低空數字航空攝影是快速獲取、更新地理空間數據的重要技術手段，對空間信息的獲取與更新起著重要作用。隨著機載POS系統固定翼無人機航攝系統迅猛發展，其在低空航攝測量方面表現出非常廣闊的應用前景。

POS系統固定翼無人機航攝系統，成為低空航攝測量新平臺被引入測繪行業，加上大像素數碼相機的不斷更新引入，使得工程設計、建設單位能夠快速獲取更加清晰的全彩色數字底圖，數字地面模型。POS系統固定翼無人機航攝系統有成本低廉、操作方便、使用靈活等特點，已成為衛星遙感和有人機遙感的重要補充手段。本文主要論述POS系統固定翼無人機航攝系統的性能與特點以及利用其實施的低空航攝測量實踐，通過實踐論證了該系統的適用性。

1 機載POS系統概述

機載POS系統是基于全球定位系統（GPS）和慣性測量裝置（IMU）的直接測定影像外方位元素的現代航空攝影導航系統，可用于在無地面控制或僅有少量地面控制點的情況下的航空遙感對地面進行數字正射影像、數字地面模型獲取。

2 機載POS系統固定翼無人機系統組成

機載POS系統固定翼無人機航攝系統包括：空中攝影系統、地面控制系統、數據處理系統3個主要部分[1]。其中，空中攝影系統主要包括固定翼無人機、機載POS系統、數碼相機；地面控制系統主要包括無人機地面控制系統、數據接收系統；數據處理系統主要包括航線設計、質量因素檢查與控制和數據后處理軟件。

本文論述的機載POS系統固定翼無人機航攝系統是基于固定翼飛行平臺的現代化城鎮空間數據采集系統，機重3.7kg，機長1.07m，翼展1.9m，無刷電機驅動，巡航速度60km/h，升限海拔6000m，續航1.5h，智能電池供電；采用模具化設計，攜帶方便。該系統具備定位、定姿、飛行速度和飛行高度精確控制與數據記錄功能，采用了以導航為基礎的自動駕駛儀，搭載的傳感器是全畫幅數字單反相機、配備姿態穩定平臺、可快速獲取真彩色數字影像。該系統的航攝質量所達到的控制指標如下：

（1）航向重疊度：55%-80%可調，最大可設置為80%，重疊度平均差： 4%。

（2）旁向重疊度：35%-65%可調，最大可設置為65%，重疊度平均差：4%。

（3）橫滾、俯仰角：1.5°；旋偏角：3°。

（4）航攝高度穩定能力：5m。

（5）航線偏差：3m。

（6）1km航線彎曲度：0.5%。

3 航攝作業流程POS固定翼無人機航攝系統測量技術的基本工作流程

基本工作流程：資料準備，技術設計，外業控制測量，航空攝影，空中三角測量，創建立體模型，立體測量，正射影像微分糾正，地面模型編輯制做，矢量地圖編輯制作，質量檢查，成果提交。

4 試驗及結論

試驗區面積約4，地形平坦，有居民區、工廠、道路等地物。選擇的相機為SONYDSC2型數字相機，像元為4.5um，地面分辨率0.04m，鏡頭焦距35mm，設計10條航線，每條航線43個曝光點，相對航高為600m。航攝區域如圖1所示，航線分布如圖2所示。

影像的自由空三加密采用的是無人機公司隨機商業軟件，通過空三軟件進行智能控制點量測以及一鍵匹配和空三解算、直接輸出數字正射影像（DOM）、數字表面模型（DSM）、數字線劃圖采用CASS數字成圖軟件。通過內業數據采集與編輯，其數字正射影像成果（DOM）如圖3所示；數字地面模型成果（DSM）如圖4所示；數字線劃圖（DLG）可在CASS軟件中進行編輯制作。在鑲嵌接邊過程中無地物扭曲變形、線性地物錯位等情況，在數字線劃圖上對野外實測點進行了精度檢測，平面中誤差為0.06m，高程中誤差0.11m，滿足GB/T23236-2009《數字攝影測量空中三角測量規范》規定的1/500空三精度[2]。

本次機載POS系統固定翼無人機航攝系統的航測實踐結果完全滿足小區域大比例地形圖精度要求，同時也論證了本系統航攝測量作業的可行性。

機載POS系統固定翼無人機航攝系統總結，具有成本低廉、操作方便、使用靈活等特點，有抗6級風能力，適用于小區域數字正攝影像、數字地面模型的獲取。

參考文獻

[1]國家測繪局職業技能鑒定指導中心編.[M].北京：測繪出版社，2009.6.

[2]GB/T23236-2009，數字攝影測量空中三角測量規范[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2009.6.

[3]韓玲，李斌，顧俊凱，楊淑靜.航空與航天攝影技術[M].武漢：武漢大學出版社，2008.11.

[4]張祖勛，張劍清.數字攝影測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2012.7.

[5]潘正風，程效軍，成樞，等.數字測圖原理與方法[M].武漢：武漢大學出版社，2013.11.

[6]喬瑞亭，孫和利，李欣.攝影與空中攝影學[M].武漢：武漢大學出版社，2008.3.

[7]楊瑞奇，孫健，張勇.基于無人機數字航攝系統的快速測繪[J].遙感信息，2010.（3）：108-111.

作者簡介：張恒（1978-），男，遼寧錦州人，工程師，本科，主要從事測繪工程工作。