低空無人機像控點布設對空三精度的影響

李策

【摘 要】利用固定翼無人機航測實例分析像控點布設對空三精度的影響，本實驗采取目前最常用的四種像控點布設方案，使用Pix4Dmapper對不同的方案進行空三加密，分別對每個方案中的檢查點進行誤差分析并研究其精度。

【Abstract】The influence of image control point layout on the accuracy of aerial triangulation is analyzed by using the practical surveying example of fixed wing UAV aerial. This experiment adopts the four most commonly used image control point layout schemes， uses Pix4Dmapper to carry on the aerial triangulation encryption to the different scheme. And the error analysis and the accuracy of the checkpoint in each scheme are carried out respectively.

【關鍵詞】無人機；像控點布設；空中三角測量；精度分析

【Keywords】unmanned aerial vehicle； image control point layout； aerial triangulation measurement； accuracy analysis

【中圖分類號】TP391 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0187-02

1 引言

如今的《CH/T 3006-2011數字航空攝影測量控制測量規范》中只對傳統的航空攝影像控點布設有明確的規范，而對現如今的數字攝影測量像控點布設還沒有明確的要求，所以在布設像控點的過程中不能完全依照傳統的布設方法，需要對以往的布設方法進行調整，在能保證空三精度的情況下，探索出最合理最高效的布點方案。本文將通過實驗分別對目前最常用的四種不同的方案進行空三加密并進行相應的精度分析[1-2]。

2 試驗設計

2.1 技術路線

利用低空無人機航測系統獲取試驗區的高分辨率遙感影像，在測區中間均勻選擇20個特征地物點（斑馬線、井蓋、房角點等）作為檢查點，并使用GPS-RTK技術對各檢查點進行坐標量測，作為檢查點的真實值。將影像導入Pix4Dmapper軟件中，分別對不同的像控點布設方案進行空中三角測量，將內業計算得到的檢查點坐標與外業量測的坐標作對比，計算其中誤差，并分析其進行大比例尺測圖的可行性，最后選取最佳的像控點布設方案。

2.2 試驗區概況

試驗區位于河北省唐山市曹妃甸區華北理工大學，試驗區覆蓋面積約2.3平方公里。人口比較集中，試驗區以平地為主，樓房較多。坐標系統采用國家2000坐標，當地中央子午線為120°，飛行環境良好。

試驗區共布設8條航線，相對航高為640m，平均地面分辨率為9.05cm，航向、旁向重疊均為70%。

3 空三加密

3.1 像控點布設方案

本次試驗使用網絡CORS對像控點及檢查點進行量測，由于目前基于網絡CORS的RTK測量像控點的平面和高程精度都可以達到5cm以內，所以在對像控點及檢查點進行量測的過程中，可以同時量測像控點及檢查點的平面坐標和高程。不需要完全根據規范進行平高像控點的布設[5]。本試驗采用四種不同的像控點布設方式：

①測區四周各布設一個像控點。

②測區四周各布設一個像控點，中間布設一個像控點。

③采用密周邊布點，在測區四周均勻布設像控點，本試驗每隔大約400m布設一個像控點。

④按照航帶布設像控點，沿航向每隔8個基線布設一個像控點，旁向每隔1個航帶布設像控點。

3.2 精度對比

使用Pix4Dmapper軟件分別對三種布設方案進行空三加密，本試驗在測區中間均勻選取了20個特征地物點作為檢查點，將內業計算得到的檢查點坐標與外業量測的坐標做對比，得到了每種方案的誤差統計。

根據平面點位中誤差計算公式可以計算出檢查點的平面點位中誤差。

經計算得出，方案①的檢查點的平面中誤差為0.184m，其中平面最小誤差為0.008m，平面最大誤差為0.281m；方案②的平面中誤差為0.153m，其中平面最小誤差為0.005m，平面最大誤差為0.211m；方案③的平面中誤差為0.102m，其中平面最小誤差為0.005m，平面最大誤差為0.198m；方案④的平面中誤差為0.054m，其中平面最小誤差為0.004m，平面最大誤差為0.176m。

各方案的檢查點高程誤差統計如表1所示：

根據高程中誤差計算公式可以計算出檢查點的高程中誤差。

經計算得出，方案①的高程中誤差為0.376m，其中高程最小誤差為0.009m，高程最大誤差為0.775m；方案②的高程中誤差為0.151m，其中高程最小誤差為0.005m，高程最大誤差為0.311m；方案③的高程中誤差為0.122m，其中高程最小誤差為0.007m，高程最大誤差為0.252m；方案④的高程中誤差為0.050m，其中高程最小誤差為0.004m，高程最大誤差為0.201m。

根據《1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影測量內業規范》（GB/T 7930-2008），平原地區1：500的平面中誤差限差為0.3m，1：500和1：1000的高程中誤差限差均為0.2m，1：2000的高程中誤差限差為0.4m。所以在本試驗中各方案的平面精度均能達到1：500地形圖測圖要求，其中方案①、②、③的高程精度能滿足1：500的地形圖測圖要求，方案④的高程精度能達到1：2000的地形圖測圖要求。

4 結論

本試驗選取了4種目前航空攝影最常用的像控點布設方法，使用低空無人機對唐山市曹妃甸區華北理工大學進行了航空攝影，使用Pix4Dmapper分別對這四種方案進行了空三加密，對每種方案的空三成果進行了精度分析，并對每種方案之間分別進行了平面以及高程的精度對比，最終對于本試驗得出了以下結論：

第一，本試驗選取的4種像控點布設方案均滿足平地地區大比例尺測圖要求。

第二，在這4種像控點布設方案中，方案④的精度最高，其次是方案③、方案②，方案①的精度最低。

第三，在平面精度上，方案②略高于方案①，但在高程精度上方案②遠遠高于方案①，說明在測區四周各布設一個像控點的基礎上，在中間補加一個像控點可以大大提高測區的高程精度。方案③相比與方案②平面精度略有提高，提高幅度并不明顯，高程精度基本相當。

第四，方案④不但在精度上是最高的，而且在工作量上也適中，既保證了精度，同時又提高了作業效率，所以就本試驗來看，按照航帶布設像控點，沿航向每隔8個基線布設一個像控點，旁向每隔1個航帶布設像控點（根據測區實際情況可以適當改變基線以及航帶相隔數量）是最佳的像控點布設方案，為實際生產地形圖提供了理論依據。

第五，為了充實實驗的全面性，建議在山區對各像控點布設方案做更多的實驗，同時也可以適當改變基線相隔數量以及航帶相隔數量并分別驗證其精度。

【參考文獻】

【1】郭瑞隆，王京，段英.無人機航測像控點布設方法探討[J].測繪標準化，2017，33（2）：25-26.

【2】郭琳凱.無人機航攝質量控制與分析[J].測繪通報，2017（S1）：203-205.