無人機影像處理技術在大比例尺基礎測繪工程中的應用研究

曾國寶

（廣東孛特勘測設計有限公司，廣東 廣州 510000）

在傳統的大比例尺成圖的領域當中，成圖的面積往往是要小于100平方千米的，一般為30-50平方千米之間，采用航空遙感處理技術來快速的獲取測區影像。其中航空遙感技術包括有傳統的航空遙感和現代無人機航空攝影技術。相對傳統的航空遙感而言，在航飛之前需要作出詳細航飛計劃，空域申請等相關的一系列繁瑣的程序，不論對飛機還是攝影設備都有著非常高的硬件要求。相對的無人機影像處理技術的空域申請和相應的手續申請比較簡單，且自身具有更高效、更靈活、作業成本更低、更加精準、使用范圍更加廣泛等優勢。因此，作為傳統航空攝影測量手段的補充，無人機影像處理技術的誕生恰好補充了此空白，對測量手段有著強大的補充作用。

無人機影像處理技術已經成為測繪發展的一種必要趨勢，廣泛應用于國家重大工程的建設，資源的開發，某地區的測繪業務，更甚是災難應急與處理等方面，無人機影像技術的發展有著非常良好的前景。

1 數據測量與生產

無人機影像處理技術在測量地貌類型為丘陵、平地等典型地形，無人機的航飛面積大約在47平方千米。今年廣東孛特勘測設計有限公司采用的無人飛機裝配著CanonEOS5DMarkⅡ型號的數碼相機，展開了航拍工作。一共有三個航飛區域，共設有40多條航線，共拍攝出約有2637張航片。航片的航向重疊度是70%，旁向的重疊度是36%，相片的角度傾斜度都小于5%，相片的旋轉角度小于15%，航線的彎曲程度為3%。相機的測區焦距為50.575mm；相符大小是36mm＊24mm。從拍攝的數據來看，絕對最大航高為1023.54m，照片拍攝的分辨率為0.10m。從實測數據來看，不論是飛行的高度，還是航向重疊度，或者角度偏轉度，分辨率等均滿足目前規范的要求。

專業空中三角測量，作為航空拍攝非常專業，十分重要的部分，主要是為了給影像糾正，提供航測立體測量圖，對數字進行高程采集等，是得到定向結果非常重要的步驟之一。空中三角的測量過程當中最為主要的定向大地的坐標以及對外方位的元素定位。此次工作主要的是采用GEOWAY_CIPS空中三加密軟件來對全程空中三角測量自動化檢測。因為此軟件的誕生大大的減少了初期的準備工作以及日后的分析工作，只需要在航飛前準備好POS數據、原始影像、控制點文件、相應型號的相機參數，通過此軟件就可以自動化的完成空中三角的解算，再加上人工半影像中對測量的結果進行輸出。不僅能夠實現全自動的高精度轉點，效率上也有大大的提高，每小時能達到70張～80張航片，每張航片的連接點能達到100～200多個。運用此方法的效率是人工的1倍之多。

表1 表面定向檢查中誤差統計表

2 精度檢查

在實地測量區域內，需要進行實地打點測量對比，無人機上使用的是GEOWAY_CIPS三加密空中相關軟件，能夠對測量的數據采集，加密精度，平差控制網的進行等做出詳細的測評，無人機影像處理技術有著非常良好的表現，平面定向檢查中對于/X的誤差基本保持在0.500左右；平面定向檢查中對于/Y的誤差基本維持在0.500左右，對于/S的誤差基本維持在0.600左右；在高程定向檢查中誤差/Z維持在0.200左右。具體數據請看表1。

對于DLG精度的檢查，需要經過詳細地實地核查，用立體測量技術，測量出的平面圖精度基本能夠保持在±0.95m左右，此數據的精度范圍完全滿足項目設計書的條件與要求；因為會受到小框幅相機攝影基線以及軟件模型內部中的一些算法的影響，因此會對于像控點的高度上下誤差差別較大，高度平均的誤差約為0.48m，雖然較大但還是滿足項目設計書上±1.2m的要求的。通過以上數據說明無人機影像處理技術有著非常良好的精度，各個項目誤差都要遠遠的小于項目設計書上的規定要求。

3 無人機影像處理技術的數據處理與分析

較于傳統的航拍技術，無人機上的小型數碼攝影的排列是不規則的，因此會帶來飛機飛行俯仰角度大，旋轉角度大；有較大的影像重疊，但是相對的模型較小；影像拍攝的畸形偏差大等難以避免的問題，在這些問題會共同的作用影響下，使得空中三角的測量以及攝圖的精準度是難以保障；對于不規整的影像排列，能夠直接導致空中三角測量的自動轉點操作失敗，對人工的工作量以及工作效率造成非常嚴重的影響。由于影響模型較小從而導致測量的立體影像圖會頻繁的切換模型，最終嚴重的影響到作業的工作效率以及作業質量低下。

從以上的具體測量數據與結果來看，如果像控點密度大，那么平差后的區域網內高程點、平面點的精度就越高；如果像控點相對較稀少，那么高程點、平面點均值會被拉的較低，精度也隨之被拉低。針對這種精度隨像控點的增加而增大的現象日后在布設像控點時需要注意以下幾點，首先要采用相對較密的像控點的布設方案，這樣才能夠有效的保證成圖的精度。對于控點密度來說并不能直接的決定著成圖的精度。

傳統的空中三角的測量往往是采用更多人工干預的方式測量，將測區劃分為更小的區域，更加有利于對空中三角測量工程的計算與測量。對此用新技術的應用GEOWAY_CIPS軟件也要進行相對的區域劃分，更加提升測量精準度以及測量效率。把系統中設定的核線范圍縮小，嚴格按照密點范圍內的精準度使用多種手段，有效的保證住測量的精度，降低無人機影像處理的測量誤差。相對傳統空中三角的測量來說，該方法能夠提升大約三倍的效率。

綜上所述，加密時對于控制點布設的要求比較高，應該如何布置才能更好的減少所帶來的影響呢？

（1）像控點的布設不能再按照常規的方法。雖然不論是從經濟方面，還是從控點方面，傳統的布點方式都有著獨到的優勢，但因為每條航線之間要有連接像控點，在像控點周圍要更多，更密。但是在加密過程中，航線間連接平差會受到相應的影響，進而直接導致測量的偏差，偏差不易把控甚至直接超出項目啟動的條件偏差，對于測量數據偏差過大從而失去測量準度與意義。

（2）從成片效果來說，最好的方法是采用全野外方法，但是相對的會成片太多，如果從經濟方面來考慮是相當的不劃算的，因此要做到既能保證質量還要考慮一定的經濟情況，最好的性價比便是平高網布點。

4 結語

將無人機自身具有的強機動性，能夠迅速進行航攝等特點，得到了充分的發揮，使得無人機能夠做到獲取更多具有高分辨率的影像，再通過當地實地布測的像控點，最后再加上空中三角測量三者共同作用，共同實現航拍數字測圖，并且能夠應用于大比例尺基礎測繪工程。如此一來能夠在一定程度上降低工作量，提高工作效率，縮短工程的工作周期。但是由于此技術還處于萌芽時期，技術相對來說比較新穎，還是一個全新的領域，在這個領域內相關的人員的技術、配套的設備、相關軟件等，均未達到一定的水平，對于質量與流程的控制也不太成熟。但是隨著日后無人機的越發完善，測量的精準度也會隨之越來越高，應用范圍更加的廣泛，自身有著非常良好的發展前景。