基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影的像控點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)方法研究

肖永東 朱勁松

摘要：文章論述了像控點(diǎn)在無(wú)人機(jī)低空傾斜攝影測(cè)量下的作用，分析了在不同的像控點(diǎn)布設(shè)方案下進(jìn)行傾斜攝影建模數(shù)據(jù)采集精度的基本情況，統(tǒng)計(jì)了不同的像控點(diǎn)布設(shè)方式對(duì)數(shù)據(jù)精度的影響效果，并針對(duì)不同的工作需求，提出了相應(yīng)可用的布點(diǎn)方案。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī) ?像控點(diǎn) ?精度

引言

低空無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量，尤其是傾斜攝影測(cè)量的興起和普及應(yīng)用，給傳統(tǒng)的大比例尺數(shù)字化測(cè)圖帶來(lái)了極大的變革，其工作方式便捷靈活，效率高，成果直觀，數(shù)據(jù)格式多樣，符合新時(shí)期背景下國(guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)劃建設(shè)等各領(lǐng)域?qū)臻g數(shù)據(jù)的多種需求。為進(jìn)一步增強(qiáng)其實(shí)用性，需要在保證其先天工作優(yōu)勢(shì)的前提下不斷研究其成果精度的提高方法，包括其飛行平臺(tái)及飛行方式的改進(jìn)、傳感器及IMU設(shè)備的性能提升等。其中，像控點(diǎn)的布設(shè)方式也同樣是影響著無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量成果的重要因素，相較于傳統(tǒng)攝影測(cè)量，無(wú)人機(jī)因其機(jī)身輕小、抗干擾能力弱、傳感器畸變大且像幅小等原因，導(dǎo)致其所拍攝相片不穩(wěn)定，傾角較大，為了保證覆蓋及完整建模，往往需要更高的相片重疊度，且其地面像控點(diǎn)的布設(shè)方式也有所不同。

本文基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量像控點(diǎn)布設(shè)的優(yōu)化方面進(jìn)行研究，著力于考慮如何在較小工作量的前提下顯著提高其作業(yè)成果的精度。通過(guò)使用搭載了成都睿鉑D2五鏡頭相機(jī)的大疆M600 PRO六旋翼無(wú)人機(jī)，采集選定實(shí)驗(yàn)區(qū)的地面影像，并采用不同的像控點(diǎn)布設(shè)方法進(jìn)行傾斜模型建立，再通過(guò)模型上的檢驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，研究不同的控制點(diǎn)模型下數(shù)據(jù)的總體精度及具體誤差分布問(wèn)題，為在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量布點(diǎn)作業(yè)提供可用的參考。

1.實(shí)驗(yàn)背景

1.1實(shí)驗(yàn)區(qū)狀況

本實(shí)驗(yàn)區(qū)域位于云南省宣威市下的一個(gè)山村，總面積約500畝，測(cè)區(qū)東西走向，不太規(guī)則，測(cè)區(qū)為一面山坡，高差約30m，坡度較為均勻，村子里房屋多為新建混房，以2-3層為主，但建筑物比較密集。

1.2航攝參數(shù)設(shè)置

為保證模型精度，使用的相機(jī)的分辨率為6000*4000，相對(duì)航高85m，GSD為0.012m，重疊度航向80%，旁像75%，因電池續(xù)航問(wèn)題，整個(gè)測(cè)區(qū)共飛行了3個(gè)架次。

1.3實(shí)測(cè)設(shè)備及作業(yè)方式

測(cè)區(qū)內(nèi)像控點(diǎn)通過(guò)人工撒石灰的方式實(shí)現(xiàn)，檢查點(diǎn)選擇為實(shí)地明顯地物特征點(diǎn)，像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)統(tǒng)一采用RTK設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)采集，為保證精度，每一個(gè)點(diǎn)重復(fù)采集四次，并取其平均值作為最后成果。

2.像控點(diǎn)布設(shè)方案

本實(shí)驗(yàn)采取了無(wú)人機(jī)航測(cè)常規(guī)使用的非全野外布點(diǎn)方案，為保證像控點(diǎn)的可用性，選點(diǎn)時(shí)主要考慮其成像清晰、上空開闊、地勢(shì)平坦且不易被遮擋及破壞等特征，通過(guò)對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的踏勘及試驗(yàn)，共布設(shè)了13個(gè)像控點(diǎn)及遍布整個(gè)測(cè)區(qū)的20個(gè)檢查點(diǎn)。并通過(guò)所采集像控點(diǎn)的位置情況，共設(shè)置了如下4種像控點(diǎn)布設(shè)方案，分別為：

a 四周布點(diǎn)法：只在測(cè)區(qū)的四周布設(shè)少量像控點(diǎn)，不考慮其內(nèi)部情況;

b 中心布點(diǎn)發(fā)：只考慮測(cè)區(qū)中心位置少量布點(diǎn)，忽略測(cè)區(qū)邊緣情況;

c 均勻布點(diǎn)法：全面考慮整個(gè)測(cè)區(qū)，數(shù)量適中;

d 加密布點(diǎn)法：在均勻布點(diǎn)的情況下，對(duì)測(cè)區(qū)控制點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)加密。

3.成果精度分析

3.1 質(zhì)量評(píng)定方法及依據(jù)

在進(jìn)行外業(yè)攝影后，按照所采用的像控布設(shè)方式，分次采用ContextCapture平臺(tái)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到四種傾斜模型，并以此將其導(dǎo)入到EPS三維測(cè)圖系統(tǒng)中，進(jìn)行檢查點(diǎn)的平面及高程坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集。采集完成后，將結(jié)果導(dǎo)出并用EXCEL表對(duì)其與對(duì)應(yīng)RTK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比匯總，以計(jì)算對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的平面及高程中誤差，具體計(jì)算公式為：

其中，ms，mh分別代表成果平面及高程的中誤差，xi，x’i，yi，y’i，hi，h’i分別分別表示檢查點(diǎn)實(shí)測(cè)及室內(nèi)模型上獲取的平面坐標(biāo)和高程信息。

3.2 精度分析

根據(jù)中誤差計(jì)算公式，通過(guò)計(jì)算各布點(diǎn)方案下數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，得到表1所示的精度成果：

通過(guò)對(duì)檢查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，四種像控點(diǎn)布設(shè)方式中，綜合平面中誤差最大為6cm左右，而高程中誤差最大為約8cm，按照相關(guān)行業(yè)規(guī)范發(fā)現(xiàn)，這幾種方案總體均滿足1：500比例尺數(shù)字測(cè)圖需求。但在具體精度分布情況下，方案a下檢查點(diǎn)精度最高的地方為測(cè)區(qū)邊緣處，平面位置為0.011m，高程為0.036m，而最差的位置是測(cè)區(qū)中間位置，平面達(dá)到了0.093m，而高程為0.124m;而方案b正好相反，檢查點(diǎn)精度有中間到邊緣變差，平面精度在0.015m至0.114m之間，高程精度則在0.048m至0.153m之間。而方案c和方案d的檢查點(diǎn)精度分布就比較均勻，平面在在0.021至0.075之間，高程則在0.037至0.112之間。這說(shuō)明像控點(diǎn)對(duì)模型數(shù)據(jù)的精度效果起到重要的控制作用。從表中可以看到，在數(shù)據(jù)精度質(zhì)量上，加密布設(shè)方式最優(yōu)，而中間布設(shè)方式效果最差;但從精度和工作量綜合效果上看，最理想的方式則是均勻布設(shè)方式。

4.結(jié)論

本文所用實(shí)驗(yàn)區(qū)域面積相對(duì)較小，且地勢(shì)均勻，具有一般的地貌特征。經(jīng)過(guò)幾種布點(diǎn)方案的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，可以得到如下結(jié)論：

（1）如果在滿足基本精度的前提下要盡可能地減少外業(yè)工作量，可以考慮邊緣法布點(diǎn)方案;

（2）如果最看重精度問(wèn)題，則應(yīng)該采用加密法進(jìn)行布點(diǎn)，但當(dāng)像控點(diǎn)數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)，其精度效果將趨于穩(wěn)定;

（3）在精度與工作量綜合的情況下，應(yīng)選擇均勻布點(diǎn)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]張麗麗.無(wú)人機(jī)航攝前像控點(diǎn)布測(cè)方法探討[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2016（3）：44—46.

[2]羅東山，李相庭，何軍，等.無(wú)人機(jī)航測(cè)像控點(diǎn)布設(shè)對(duì)空三精度的影響[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2017，（3）.34-36.

[3]班偉 無(wú)人機(jī)航測(cè)的像控點(diǎn)布設(shè)探討[J].工程技術(shù)研究，2019，4（16）.225-226.

[4]徐夏炎，答星等.無(wú)人機(jī)1：500數(shù)字航測(cè)成圖關(guān)鍵技術(shù)研究[J].北京測(cè)繪，2019，33（3）：328—332.