低空航測無人機測量誤差探討

胡昭勛

山東遙感地理信息有限公司 山東淄博 255000

目前，我國的主要無人機公司正朝著勘測和測量的方向不斷深入發展，航拍和測繪結合的無人機憑借他的高效運轉、成本低、數據測量的精度高、適應性好、作業時間較短的特點，在傳統的測繪行業中占領一席之地。這篇文章中將對低空航測無人機進行深入分析和探索，將結果作為后續實際測繪中的重要依據。

1 無人機攝影基本原理

在航空技術領域不斷進步下，航空攝像無人機是進一步衍生而得到的新型測繪方式，航拍無人機的攝像主要是通過測定單張圖像的數據，運用透視成像實現的，而立體的測繪圖像則是利用類似人眼的投影過程進行幾何反轉，最后達到記錄的目的。航拍攝影的測繪主要分成內業和外業。外業一般是指相片的控制點聯測。相片的控制點是在進行航拍之前，在地上提前布置好的醒目記錄點，也可以將地面上某一個明顯的物體作為控制點。然后對其平面坐標和絕對高程進行測定；而內業的測繪則包括了高機密性質的布置測繪控制點。將整個圖像作為控制點的參照，通常使用空中三角的測繪形式，反推得出所需要的控制點，檢測它的平面坐標和高程[1]。

2 低空航測無人機航測技術的特點

2.1 有效的提高工作效率

通過無人機航測技術，首先可以全面監測地形的真實情況，提高工作效率，以前測量一塊地形須耗費大量的人力物力，使用無人機測量技術就可幾個人進行簡單的操作就可以完成，雖說后期圖像處理比較麻煩，但是整體來說，無人機的航測把測繪技術帶上一個新高度，至于面臨的一些測量和后期處理的問題，就要無人機在硬件上進行改進，應該把無人機技術和全自動測量儀技術相結合，就能在航測上得到很好的進展。

2.2 監測結果更加直觀化

傳統測量僅通過不同的數據用圖形表現出地形的各種形態，無人機航測就比較直觀，不僅能得到各種地形數據，還能夠用真實的圖像表現出來，這樣大大增強工作人員對地形的分析能力。但是，在分析測量信息的過程中，工作人員必須仔細比對，不可在不清晰的地方用自己的經驗去判斷，這樣很容易造成分析錯誤，所以在航測的后期信息處理方面工作人員應該多加注意[2]。

3 低空航測無人機測量誤差來源

3.1 多動態因素造成的誤差

無人機進行低空的航空作業中，控制好精度的絕對值是無人機實現有效工作的一個基本要求，要使得無人機完成目標任務，還需要提前給無人機輸入一定的有效參數。在這個過程當中，需要將多個與測量結果有關系的參數結合起來考慮，比如平面坐標、高程、相對比例系數、鏡頭焦距、相片的具體對焦等等。這些因素如果沒有進行正確設定，則會使得實際定位出現誤差，導致在對標準點進行校對時出現異常，干擾系數的固定性越差，那么所產生的誤差就會越大，最后得到的航空測繪結果就會極大的偏離實際值。

3.2 定向誤差

定向誤差包含定點坐標的讀數誤差、絕對誤差和相對誤差三種。點坐標的讀數誤差通常會因為周圍環境影響而出現，比如天氣、測繪地址的地理環境等。除此以外，還會出現偶然性，比如在測繪過程中，風突然將無人機吹動，造成測量被干擾；也可能是地面起伏較大，攝像頭不能將之完全錄入，這樣也會造成誤差。而定點的坐標誤差還是絕對誤差和相對誤差產生的基礎[3]。相對誤差意思依據不同的參照物和參考系時，同一個物體、同一個無人機所測出來的數據會出現一定的差距，可能是垂直誤差也可能是水平方向上的誤差。絕對誤差指的是在固定的標準參照物下，目標的數據和標準的數據存在著遠近或高度之間的誤差。以上提到的誤差都具有偶然性，會受到周圍環境、天氣、人為等外界因素的影響，也會受到定向誤差的直接影響。然而在對所獲得的數據進行處理和計算的時候，還可能因為記錄的信息缺失或錯漏等情況，導致誤差增大。所以即使航拍攝影無人機對于航測的測繪精度要求較高，但是依舊不可避免出現誤差。

3.3 攝像畸變誤差

攝像頭因為使用年限過長或者是外界強力的原因產生畸變，這也會導致測繪結果出現誤差，但是這樣的誤差一般稱為偶然誤差。很少會出現因為鏡頭內的方位因素過少導致獲取的資料和數據過少，而產生的誤差，但是這樣的誤差一旦產生那往往是不可避免的。鏡頭收集到的信息中誤差如果太多，就需要無人機系統立刻展開一定的數據分析和誤差定位，對產生誤差的部位進行控制改正。如果在進行航空測繪的過程中，因為相機參數的調整異樣，而導致沒有辦法對數據進行及時矯正和重新獲取，這樣得到的結果通常是與實際情況不符合。通過進一步的分析研究可以發現，因為內在因素而導致的測量誤差，與飛行前是否對無人機進行嚴格的檢查和評估有著密切的關系。在進行飛前無人機檢測的時候，專業的檢驗場所應該獲取無人機關于多個定位點的數據，觀察數據是否準確，以此來判斷無人機的各項功能是否可以正常使用。嚴格的檢測評估可以防止在進行實際的測繪過程中無人機獲取的數據和信息有所缺失的情況，防止相機等功能出現意外情況，影響后續的測量。

4 低空航測無人機測量誤差的控制方法

4.1 線性糾偏

線性糾偏的方法是一種較為常見的標準糾正方法，主要是使用單個或者是多個給定的線性要求對航測進行限制。經過不斷的限制，就可以減少監測數據與實際值的偏差，減弱周圍動態環境對無人機測繪的影響。其中主要的表達式子為Y=X+0.04B。利用上述表達式對無人機檢測進行限制，首先針對所獲得的相片的比例系數進行檢測，然后將其與航拍總時間、照片的總長度相互聯系結合，從三個方面建立起約束體系對其進行約束限制。還可以將所要測繪的區域分成多個部分，每完成一部分測繪后就進行公式限制，最后將每個趨于的數據進行匯總，可以最大程度的減小產生的誤差。

4.2 參數采集和標準化運用

數據的采集分析和標準化使用，是針對技術和數據的改正和完善，它可以將所獲取的數據和信息進行總結和重復利用，引用現代先進科學技術對測繪的物體進行模擬建模。比如說對某個十分險峻而復雜的地勢進行勘測的時候，就需要無人機獲取他的垂直數據和水平數據，然后在這兩個數據的基礎上進行數據分析，使用虛擬建模技術對物體進行建模，這樣可以進一步的減小甚至消除誤差。

4.3 附加激光測距

為提升測量精度，在利用無人機技術展開測量時也可附加激光測距。這類儀器在工作時向目標射出一束很細的激光，儀器光電元件接收目標反射的激光束。在這一射出、接收過程中，由定時器測定完成這一操作所花費的時間，根據時間數據準確計算出距離以及方位等信息。激光測距原理簡單、可靠也便于操作，測量速度快且精度高，是一項十分科學可行的輔助測量技術。

4.4 科學布設控制點

控制點布設是否科學合理決定了測量結果是否準確。在應用無人機航測技術進行測量時，工作人員需重視控制點的布設，采用科學合理的計算方法與技術手段對控制點的位置、點與點之間的距離進行測量計算，縮短對控制網點的檢測時間，增加對控制網點的檢測頻率，從而實現科學布點。在測量過程中，工作人員必須嚴密把握高程起算點精確性，合理確定控制點數目，一般情況下測量區域內控制點數量不能少于6個，且各控制點之間應距離均勻，從而提高擬合的準確性，提高測量的精度。

4.5 空中三角測量

空中三角測量航空攝影測量中最關鍵的步驟，它直接影響著測繪產品的精準度與可靠性。其主要運行原理為憑借少量像片控制點計算出像片外方位元素，進一步形成航攝像片和地面目標間的空間幾何關系，在控制點的精確度、數量、布設方案與空三匹配算法都與空中三角測量的精度存在關聯。因為低航空測無人機具有重量輕、體積小的特征，與大型飛機相比較通常存在姿態不穩定的情況，當前與差分GPS技術相結合實施GPS輔助空中三角測量，可以在獲取航攝影像時同時獲取精度較高的攝站點坐標信息，目前可以達到少像控甚至免像控，在確保精度的基礎上，大幅減少外業工作量，提高工作效率，減少作業成本。

5 結語

低空航空測繪無人機在進行測繪工作的時候，誤差的出現是正常的且無法避免的，只有通過不斷地改進測繪技術、升級航測無人機，才能不斷將誤差減小。為了更好地減少無人機航測的誤差，在后續的工作和研究中，專業人員可以考慮加入糾偏機制和反復測量等方法對結果進行驗證，以實現誤差的最小化。