影響微型遙控無人機低空攝影測量精度主要因素分析

劉嘉為

摘要：現如今，我國科技水平發展迅速，我國測繪技術有了很大發展。隨著測繪測量技術的不斷發展，采用無人機通過傾斜攝影的方式獲取被攝物體空間信息、表面紋理信息的測繪手段，被廣泛的應用在大面積地形、地物測量領域。在小面積城市改造項目中，三維實景模型的精度問題始終是困擾測繪作業人員的一大難題。傾斜攝影測量技術不僅可以獲取到地物正攝影像，同時也可以獲取到確切的側面紋理信息，在城市實景三維模型的建立方面有著新的突破。以無人機傾斜攝影測量技術為基礎，介紹了三維建模流程，并對其精度進行分析探討。

關鍵詞：低空;無人機傾斜攝影;測量成果;精度研究

1.傾斜攝影測量

傾斜攝影測量技術主要是從1個垂直和4個傾斜共5個不同角度采集高分辨率影像數據。傾斜影像提供的地物側面紋理信息可用于實景三維建模紋理數據的提取，通過相關軟件進行內業數據處理并進行實景三維建模。與此同時，其拍攝的高分辨率影像可以提供更多的地物信息，降低遮擋物對后期數據處理的影響，因此所建立的三維模型具有很好的側面紋理信息，其不僅能夠較為真實的反映地面的地物屬性，同時通過POS技術可以獲得地物的地理位置信息。傾斜攝影測量的主要技術有多視影像聯合平差、多視影像密集匹配、點云融合與構網、紋理映射等特點，與其相關的技術成果可用于城市管理、數字城市建設、災害評估、應急指揮、環保監測、工程建筑、房地產、實景導航、旅游規劃等，隨著硬件設施和數據處理方法的逐步成熟，其應用也越來越廣泛。

2.微型無人機研制的關鍵技術

2.1毫米波無人機回收技術

有時在戰爭中，無人機不僅用來監測現場情況，還可以幫忙采集作戰資料。而各國，也都有自己的無人機收回方式。

相比較于傳統收回方式，都存在由于天氣影響，導致收回不準，如果無人機跌落在野外或是海上不但會損失情報，對于無人及內部精密設備也會帶來影響，導致下次作戰時無法使用。

毫米波無人機收回方式，由艦載雷達設備和機載雷達設備兩部分組成，通過毫米雷達波提高定位精度，監測回航距離，使無人機可以準確返航。雷達測角技術是此技術中主要支持技術。

由于雷達會發射信號波，這些信號波都具有方位角與俯仰角，通過計算使艦載雷達雷達角度與機載雷達角度相對應，從而得出目標飛行設備的精準距方位和目標距離。對于角度測量中主要運用單個脈沖測角，穩定性強、分辨力好。單脈沖測角法主要由振幅法測角體現，其原理是：波束在傳播過程中都具有各自的振幅相位，目標信號若與監測波等強信號的延長線在同一直線上，及說明兩波束相同。若匹配時產生角度差，偏離角度即為兩信號波的振幅差。通過計算振幅差，測量差值，校準定位，繼續發射信號波，使裝有艦載雷達的目標設備精準回航線路。

雖然敘述起來較為復雜，但在實際應用過程中，很快就能重新定位得到相同匹配角度，節省回航時間。

3.低空無人機傾斜攝影測量三維建模關鍵技術

3.1像片控制點相關布設方案

（1）航帶網法布點航帶網法進行布設像控點的過程中，主要的方案是六點法。六點法作為最標準的布點方法，是航帶網布點方案中經常被采取的方式。在區域網的規定局限里圖像不大于十六張時，采取六點法進行布設平高點的工作。其次還有八點法、五點法。其中，八點法是在每個航帶里面布設出八個平高控制點。它要求區域網范圍里面的圖像要大于十六并且不超過四十八幅。而當一條航帶的長度為最長航帶網的百分之六十左右時，采取五點法。（2）區域網法布點在區域網進行平差的過程中，當出現某像對基線跨入附近控制點連線大于半數時，就將其視為一個像對。

3.2空中三角測量

空中三角測量是傾斜攝影測量的核心步驟，通過前方交會和后方交會，利用區域內均勻分布的少量的控制點坐標，求解未知點坐標和影像的外方位元素，得到加密點的高程和平面位置，用于模型的絕對定向和后續產品的生成。目前無人機傾斜攝影測量內業數據處理多采用光束法區域網聯合平差，其利用2種不同觀測手段得到的數據進行平差，將GPS/IMU的初始信息，即像片的POS姿態數據作為外方位元素的初始值和控制點坐標數據聯合進行平差。光束法區域網平差是以一張拍攝像片的一束光線作為平差基本單元，平差過程以共線方程作為平差的數學模型，以相鄰像片公共點對相交且坐標相等、外業測量控制點與內業像片標定控制點坐標相等為平差條件，列出已知控制點和待定加密點的誤差方程，進行平差計算，求解出每張像片的外方位元素，然后前方交會求出加密點地面坐標。具體流程是將傾斜影像帶有的POS數據作為初始外方位元素，然后通過自動選點、自動相對定向、構建自由航帶網等技術實現相對空中三角測量，之后通過控制點的半自動量測，加入控制點。通過光束法區域網聯合平差實現絕對空中三角測量，并將整個模型納入到指定的坐標系統中。

3.3多視影像密集匹配

在完成上述工作后，基本上已經完成密集匹配的相關數據的采集，接下來就是影像的匹配工作。影像匹配工作作為攝影測量的一個關鍵，因為無法通過單一元素就可以成功的進行匹配，因此，現在已經有很多的國內外學者在進一步探究計算機視覺上的多基元以及多視影像密集的匹配方式。

3.4紋理映射

完成模型的初步重建之后，需要進行模型的貼圖工作，實現二維空間和三維物體表面之間一一對應的關系，得到符合真實色彩的三維模型。傾斜攝影測量能夠獲取地物多個角度的影像，在眾多影像中選取最優的目標影像是紋理映射技術的關鍵，可通過計算每一個不規則三角網和對應影像區域的幾何關系實現三角網和目標影像的配準，之后將配準好的紋理貼圖到不規則三角網上，完成紋理映射。

4.低空無人機傾斜攝影測量三維建模精度分析

4.1傾斜影像空三精度

為提高模型定位精度，在建模前，需要對傾斜影像空三匹配結果進行精度分析。在某研究區域內選取17個控制點和23個檢查點，通過分析發現，研究區域傾斜影像空三控制點平面中誤差為±0.10m，平面最大誤差為±0.16m，高程中誤差為±0.09m，高程最大誤差為±0.22m;檢查點平面中誤差為±0.14m，平面最大誤差為±0.27m，高程中誤差為±0.12m，高程最大誤差為±0.29m，符合相關精度要求。

4.2空三精度驗證

按照“先整體后局部，先控制后碎步”的原則，本文采用基于城市CORS系統，通過部分野外控制點的布設方案，在整個測區通過間隔150-200M盡量在地面空曠無遮擋的道路交叉點、斑馬線或者井蓋布設控制點。同時為了確保高程精度滿足需求，在有條件的建筑物房頂均勻少量控制點，確保控制點分布在不同的高程面上，以使布設穩定、有效地控制網。利用傾斜無人機系統獲取影像數據與影像對應的姿態數據結合少量外業控制點，通過整體光束法區域網平差技術獲取高精度的影像定位定向數據與加密點的三維坐標信息，減少野外工作測量、提高作業效率。通過成熟的GPS-RTK技術采集23個控制點坐標，其中14個點用以控制點進行空中三角測量數據解算，剩余點用以檢測空三的精度。控制點的平面中誤差為4.52cm高程中誤差為21.5cm、最大平面殘差31.2cm最大高程殘差41.1cm，檢查點的平面中誤差為14.1cm高程中誤差為33.6cm、最大平面殘差62.2cm最大高程殘差124.3cm，滿足1：1000平面測圖精度要求。

結語

無人機傾斜攝影技術在實際對地形的定位和應用中有著靈活準確的特點，同時在小范圍監測區域內顯示出極強的效率，在未來的環境監測工作中，無人機傾斜攝影技術有著不可替代的優勢。

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