無人機航測精度的影響因素初探

余運濤

摘 要：隨著科技的進步和社會的發展，我國攝影測量技術得到了大幅提高。鑒于無人機輕型化、便捷化和智能化的特點，無人機航測在小區域和飛行困難地區高分辨率影像快速獲取以及小區域地形測量方面具有高效、直觀等顯著優勢。本文著重分析了無人機航測精度影響因素，采取有效措施來減少對測量精度的影響，提高測量精度及效率。

關鍵詞：無人機;航測外業;航測精度

無人機航測遙感技術是無人機遙感技術與為衛星遙感系統結合的產物，此技術在工程測量中具有非常重要的作用，尤其在城市測量中效果明顯。它采用低空飛行測量，受限因素少且精度高、應用靈活、費用低、設備簡單，卻能得到相對精準的數據。

1 無人機簡介

無人機航測是指通過遙控或者遠程控制的小型無人機進行攝影測量和遙感。隨著近年來無人機技術的成熟和發展，無人機越來越廣泛的應用在航測、攝影、巡檢等多個領域，極大的增強了工作效率，為社會提供了新的系統解決方式。因此，航測也是隨著低空無人機發展興起的一門學科，叫遙感科學。即通過攝像和定位技術對我們所處的物理世界進行非接觸式時空定位。簡單說就是利用無人機對地面地形和相關的設備設施進行精確的定位和建模。所以在航測過程中，精度的控制影響著最后成像的效果，好的成像和測量數據能夠有效的指導實際的工作，接下來我們將討論影響航測精度的因素。

2 無人機航測系統

無人機航測系統由無人機載體、飛行控制系統、影像獲取設備、數傳系統、圖傳系統、地面接收終端、數字攝影測量工作站和地面遙控裝置組成。在數據采集階段影像曝光的瞬間，飛行控制系統采集了像主點曝光瞬間的位置信息、姿態信息、影像參數等;將這些信息通過數傳系統和圖傳系統傳輸給地面設備;飛行完成后利用影像數據預處理檢查數據的準確性和完整性，對不符合要求的數據實施補飛或重飛。

3 無人機航測精度影響因素

3.1 像控點布設影響

像控點是根據無人機測量控制點加密情況和測圖需要布置的，測量的控制點有平面坐標、高程坐標，這些控制點稱為像片控制點，而控制點的布設是根據成圖精度以及像片條件而設定的。像控點的數量及分布情況對成圖的精度有著較大的影響，需要制定合適且合理的布點方案。在實際布設像控點過程中考慮精度及《低空數字航空攝影測量外業規范》的相關要求，宜選點位大致相等區域且點位清晰，距離不宜過長，容易分辨即可。實際操作中，可以采用實地鋪設標靶點的方式進行，也可以采用實地選刺點的方式進行。像控布點可以采用區域網布點、根據需要也可以采用航線網或全野外布點的方式進行。

3.2 像控點測量影響

準確測量像片控制點的平面坐標和高程坐標是提高成圖精度的關鍵措施之一。像片控制點的測量一般采用GNSS技術，包括GNSS靜態測量、GNSS RTK測量等。目前多采用網絡RTK或CORS系統，以及千尋系統去進行像控點的測量。測量標準參照《衛星定位城市測量技術規范》的要求執行。

3.3 硬件系統

無人機硬件是航測系統的基礎硬件，無人機的穩定性、持續性都是影響航測精度的因素。不同的無人機類型各項指標上也有所不同，固定翼無人機和復合翼無人機的巡航速度為每秒20—30m;旋翼無人機的巡航速度為每秒6—15m。無人機巡航速度的不同，會影響巡航中的攝像清晰度和成像質量，巡航速度越快，偏移量越大，因此對精度的影響也就越大。電池續航無人機續航普遍在半小時至2個小時，內燃機續航無人機續航可以到四個小時，另外還有一種直電的無人機，主要用來執行較大設備的持續拍攝或者監控。無人機的續航主要影響航測的工作效率。航測系統中另一個重要的硬件系統就是攝像系統，攝像系統主要搭載微單相機及相應的鏡頭，對于精度要求比較高的航測，會搭載傳感器或可以直接測量距離的設備。相機的鏡頭、曝光速度等都是影響航測精度的重要因素，但是曝光等操作也需要和無人機的巡航速度進行協同考慮。

3.4 飛行高度影響

無人機飛行高度是影響測圖質量的重要因素之一，飛行高度會影響航片像素的大小（GSD），飛行高度變化也會影響拍攝照片的圖幅大小，像片合成時的重疊率。飛行高度越低，（GSD）數值就越小，相對精度就越高，反之，飛行高度越高，（GSD）數值越大，相對精度也越低。因此在實際外業測量時，根據地勢、地形選取合理飛行高度，同時考慮飛機的飛行安全避免撞到高的建筑物或者樹木。

4 如何控制低空無人機航測精度

4.1 提高數據采集精度的經驗性做法

無人機航測的精度取決于很多方面。在外業采集過程中，選擇較好的天氣、做好相機的調校尤為重要。

4.2 硬件系統的配合

無人機巡航速度的選擇，低空無人機的速度越大，震動越大，對航測精度的影響也就越大，但是在實際的操作過程中，最重要的是巡航的安全，所以巡航速度需控制在最安全的巡航速度，而不是越小越好，然后通過提高快門速度來降低在巡航中震動以及便宜的影響。實際航測過程中， 盡量選擇快門速度大于1/1000秒，以減少低空無人機震動帶來的影響及因為巡航速度帶來的位移偏差。另外，快門速度也需根據實際航測時地面的分辨率進行調整，如果地面分辨率在0.05米，巡航速度在25米每秒，這時需選擇1/1000的快門速度，其余的要根據實際情況進行測算。

4.3 減小投影誤差增強航片幾何屬性

航攝相片為地面景物的中心投影構像，而地圖是地面景物的正射投影，當地面和相片均嚴格水平時，兩種投影結果是等效的;但地球表面起伏將引起像點位移，無人機平臺飛行過程中的波動會引起相片傾斜。因此，盡量選擇晴朗無風的天氣條件進行航拍，以增強相片的判讀性和保證飛行姿態的穩定性，從而提高相片坐標系下的像素點平面精度;在高差大于1/4相對航高的測區需分區進行航線設計，以減少由投影參考面變化造成的投影誤差。

4.4 提升軟件的運算能力和定位精確度

系統建模主要依靠系統的運算能力及系統內置的GPS準確度來控制， GPS越精確，能夠給予無人機更好的自定位，由此進行的三角測量定位能夠更加準確，然后通過快速準確的運算計算出拍攝圖片的每個點的位置和距離，增加航測精度。目前GPS對于空間高度的感知存在一定的技術難度，技術成熟度遠沒有平面GPS成熟，因此在無人機上增加遙感系統，或者紅外線測距儀等一系列的設備，也能增加航測的精確度。

4.5 像控點布設及測量優化提高平差精度

空中三角測量是基于地面像控點坐標，利用后方交會原理計算得到相片的內方位元素和外方位元素;再基于立體像對中的內外方位元素和像點坐標，利用前方交會原理計算得到對應的地面坐標。同時，需要采用復合要求的測量儀器運用正確的測量方法獲取高精度的像控點坐標成果。

綜上所述，無人機的興起，使得低成本的航測成為可能。無人機操作簡單，容易上手，起飛降落沒有大的限制性條件，成本也是遙感測量中最低的。對于航測，最重要的是精度的控制，無人機的硬件系統、攝像系統等以及系統的建模和定位能力，都是影響航測精度的主要因素。因此要著重分析低空無人機航測精度的控制。

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