基于GNSS后差分技術(shù)航測(cè)系統(tǒng)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

李勇

（新疆維吾爾自治區(qū)第二測(cè)繪院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

無(wú)人機(jī)低空遙感作為一種新型高效的影像獲取技術(shù)，具有使用便捷、機(jī)動(dòng)靈活、時(shí)效性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是衛(wèi)星遙感和大飛機(jī)航空攝影的有力補(bǔ)充［1］。目前，輕小型無(wú)人機(jī)在農(nóng)村土地確權(quán)、災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)、自然資源調(diào)查、國(guó)土空間規(guī)劃、礦山測(cè)繪等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［2-4］，正逐步成為獲取空間地理信息的重要手段。

GNSS輔助航空攝影測(cè)量在測(cè)繪行業(yè)有著重要地位，尤其是GNSS 后差分技術(shù)的逐漸成熟與應(yīng)用，為航空攝影測(cè)量提供了更加高效的手段[5]。無(wú)人機(jī)后差分技術(shù)的特點(diǎn)是能夠獲取高精度的攝站點(diǎn)三維坐標(biāo)，用高精度的POS 數(shù)據(jù)輔助空三加密，可減少野外像控點(diǎn)數(shù)量，提高工作效率，降低作業(yè)成本[6-7]。本文基于GNSS 后差分技術(shù)，用CW-30 大鵬無(wú)人機(jī)進(jìn)行大比例尺測(cè)圖，研究GNSS 后差分輔助空三的像控點(diǎn)布設(shè)方案和GNSS后差分輔助空三加密技術(shù)流程，為無(wú)人機(jī)完成大比例尺航空攝影測(cè)量提供依據(jù)。

2 CW-30 大鵬簡(jiǎn)介

CW-30 大鵬垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)采用油電混合動(dòng)力，性能穩(wěn)定，攜帶方便，續(xù)航能力和任務(wù)載荷能力強(qiáng)，在城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、水利設(shè)計(jì)、文物保護(hù)等領(lǐng)域有著重要作用。CW-30 無(wú)人機(jī)參數(shù)如表1 所示。

3 項(xiàng)目應(yīng)用

3.1 航攝計(jì)劃

航測(cè)設(shè)備采用CW-30 固定翼無(wú)人機(jī)搭載尼康D810相機(jī)，并配套PPK 模塊一體作業(yè)。測(cè)區(qū)面積約4.782km2，成圖比例尺為1∶1000，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，中央子午線為東經(jīng)114°，高程系統(tǒng)采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。航攝范圍和航線示意圖如圖1 所示，航攝技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表1 CW-30無(wú)人機(jī)參數(shù)

圖1 航攝范圍及航線示意圖

表2 CW-30航攝技術(shù)參數(shù)

3.2 數(shù)據(jù)獲取

航測(cè)工作中，兼顧測(cè)圖精度和生產(chǎn)成本，通過(guò)改變布點(diǎn)的航向間隔和旁向間隔設(shè)置最佳像控點(diǎn)布設(shè)方案，根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際規(guī)劃航線，設(shè)置合適的飛行高度和影像重疊度等參數(shù)，按航線飛行獲取影像數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括坐標(biāo)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三加密和數(shù)字化產(chǎn)品制作。

3.3.1 坐標(biāo)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理

檢查坐標(biāo)影像和POS 坐標(biāo)文件的完整性和邏輯一致性，將POS 數(shù)據(jù)大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000 坐標(biāo)，利用航空攝影測(cè)量軟件對(duì)航測(cè)影像進(jìn)行畸變改正、勻光勻色和影像匹配等預(yù)處理。

3.3.2 GNSS 后差分POS 輔助空三

后差分POS 輔助空三技術(shù)流程：航測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)畸變改正、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、刺像控點(diǎn)后，通過(guò)GNSS 后差分輔助區(qū)域網(wǎng)平差等處理，計(jì)算出每張像片的位置、姿態(tài)等6 個(gè)外方位元素，完成空三加密。輸出加密成果后檢查所有像控點(diǎn)的精度和模型連接差。技術(shù)流程如圖2 所示。通過(guò)采集密集控制點(diǎn)進(jìn)行空三區(qū)域網(wǎng)平差，解算每張像片設(shè)站坐標(biāo)以此作為真值，與初始POS 和后差分POS 對(duì)比，精度分析統(tǒng)計(jì)如表3 所示。

圖2 空三加密處理流程

表3 后差分POS精度分析統(tǒng)計(jì)（單位：m）

3.3.3 數(shù)字化產(chǎn)品制作

數(shù)字化產(chǎn)品生產(chǎn)包括DEM、DOM、DLG 制作。使用無(wú)人機(jī)低空遙感數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行照片對(duì)齊、自動(dòng)像點(diǎn)匹配、不合格點(diǎn)剔除、照片深度匹配、建立密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格和紋理等，獲得高密度點(diǎn)云、高分辨率DOM 和DEM（如圖3 所示）。然后利用高密度點(diǎn)云生成等高線和高程點(diǎn)，疊加正射影像、DEM 采集地物，進(jìn)行等高線編輯、地物繪制地形圖生產(chǎn)（如圖4 所示）。

圖3 DEM和DOM成果

圖4 DLG線劃圖成果

3.4 數(shù)據(jù)檢核與精度分析

根據(jù)《數(shù)字航空攝影測(cè)量空中三角測(cè)量規(guī)范》（GB/T 23236—2009）的相關(guān)規(guī)定，我國(guó)現(xiàn)行空中三角測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差誤差標(biāo)準(zhǔn)如表4 所示。

表4 丘陵地區(qū)基本定向點(diǎn)殘差、檢查點(diǎn)誤差、公共點(diǎn)較差最大限值（單位：m）

檢查點(diǎn)的平面中誤差、高程中誤差按公式（1）計(jì)算：

公式（1）中，m1為檢查點(diǎn)中誤差，Δ 為檢查點(diǎn)野外實(shí)測(cè)值與解算值誤差，n 為參與評(píng)定精度的檢查點(diǎn)數(shù)。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，在測(cè)區(qū)均勻 選取50 個(gè)有明顯特征的地面檢核點(diǎn)，包括房角、道路、干溝、池塘等地物設(shè)施，對(duì)不引入控制點(diǎn)的空三加密成果進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)，平面位置誤差檢查方法主要是在DOM 數(shù)據(jù)上采集平面坐標(biāo)，高程誤差則通過(guò)三維模型采集高程值。最后與實(shí)地采集的坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，分別計(jì)算平面位置中誤差與高程中誤差。坐標(biāo)檢核統(tǒng)計(jì)如表5 所示，計(jì)算結(jié)果如表6 所示。

表5 坐標(biāo)檢核統(tǒng)計(jì)表（單位：m）

表6 坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì)表（單位：m）

結(jié)果顯示，根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、1∶1000、1∶2000 數(shù)字線劃圖》，在平地、丘陵地區(qū)，1∶1000 比例尺的DOM 明顯地物點(diǎn)的平面位置中誤差不應(yīng)大于0.6m，DEM 檢核點(diǎn)的中誤差不應(yīng)大于0.2m，在不引入控制點(diǎn)情況下生成的正射影像圖和三維模型精度完全滿足規(guī)范要求，中誤差及最大誤差均沒(méi)有超過(guò)限差值，滿足大比例尺測(cè)圖要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文將GNSS 后差分技術(shù)應(yīng)用于CW-30 大鵬固定翼無(wú)人機(jī)航測(cè)，并進(jìn)行GNSS 后差分輔助空中三角測(cè)量試驗(yàn)，得出結(jié)論：（1）CW-30 大鵬無(wú)人機(jī)航測(cè)采用GNSS 后差分輔助空中三角測(cè)量的結(jié)果能滿足1∶1000 成圖比例尺的空三精度要求。（2）GNSS 后差分輔助空三的方法極大減輕了像控點(diǎn)野外測(cè)量工作量，縮短了航攝到完成加密的時(shí)間，提高了效率，節(jié)約了成本。