基于無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控初探

■萬繼合

（中化二建集團有限公司 山西太原030021）

基于無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控初探

■萬繼合

（中化二建集團有限公司 山西太原030021）

隨著科學技術的飛速發(fā)展，無人機技術已經有了較大的發(fā)展，在很多領域得到了廣泛的應用。由于無人機的體積小巧，具有快速反應的優(yōu)勢。同時其受到天氣以及空域管制影響較小，可以在很短的時間內獲得所需要的影像，所以利用無人機進行航空測量，尤其是對于獲取影像較困難的地區(qū)進行航空測量具有重要意義。本文介紹了無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控方面的內容，特別是像控點的布設、外業(yè)控制與測圖精度關系等內容，希望對相關的專業(yè)人士能有所幫助。

無人機航測像控點精度

0　前言

近些年我國的無人機技術得到了飛速的發(fā)展，尤其是在輕型無人機方面技術發(fā)展較快，使得利用無人機低空飛行進行航空攝影測繪成為了可能。由于無人機自身體積較小，機動靈活，同時受到天氣以及空域管制影響較小，可以在很短的時間內獲得所需要的影像，所以利用無人機進行航空測量，尤其是對于獲取影像較困難的地區(qū)進行航空測量具有重要意義。同時也可以應用在城市規(guī)劃、國家、地理監(jiān)測、數字化城市建設以及工程測繪等方面。但是現(xiàn)階段的低空無人機航攝系統(tǒng)存在著一定的問題，包括工作效能、測量精度等方面。因此需要我們通過研究像控點布設、外業(yè)控制與測圖精度關系等方面的內容來解決現(xiàn)階段無人機航測系統(tǒng)的相關問題。

1　無人機航測系統(tǒng)基本組成

（1）所謂的無人機主要是指通過無線電控制設備以及相應的程序控制器來控制的不載人的飛機。而無人機航測系統(tǒng)指的是通過無人駕駛器（無人機）作為飛行平臺，通過上部載有的數碼攝像設備進行拍攝，然后通過相關的分析軟件對所獲得的數據進行處理。無人機航測系統(tǒng)主要包括如下幾個部分：無人機飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)、影像獲取設備、通信設備、遙控設備以及地面信息接收與處理設備等。

（2）其中的飛行控制系統(tǒng)主要包括的內容有：用于保持穩(wěn)定飛行姿態(tài)的垂直陀螺、用于獲得飛行平臺位置信息的GPS接收天線、用于控制無人機飛行的微處理器。

2　無人機航測系統(tǒng)精度問題

2.1影響無人機航測精度的相關要素

無人機航測系統(tǒng)在實際的應用過程中，由于相關因素的影響會存在著一定的誤差，這些因素主要包括：測量儀器誤差、人為誤差以及氣候條件等外界因素造成的誤差。

第一，測量儀器誤差。由于測量儀器在設計以及制作過程中存在一定的缺陷，或者經過校驗之后還存在殘余誤差。這些誤差主要是由于傳感器量化過程造成的系統(tǒng)性誤差。

第二，人為誤差。主要是由于控制人員的身體感官鑒別能力、自身的技術能力以及相應的工作態(tài)度等因素造成的誤差，同時還包括像控識別、空三加密以及立體采集所造成的人為誤差。

第三，外界因素造成的誤差。由于氣候條件等因素對于飛行器姿態(tài)以及成像質量影響所造成的誤差。

2.2無人機航攝誤差分析

由于無人機受到自身體積以及載重等方面的限制，不能承載普通的航攝儀進行飛行航空測繪攝影?，F(xiàn)階段大多數采用的是中幅面CCD作為傳感器的感光部分，通過必要的加固以及相關電力的改裝之后，成為性能相對穩(wěn)定的數碼相機。但是由于感光單元的非正方形因子、非正交性以及存在著畸變差等問題，使得此種數碼相機所測量的結果存在著一定的誤差。

解決的方式就在于積極研發(fā)高性能、適應無人機航攝用的數碼設備的同時，要采用必要的軟件設備對所測量的結果進行一定的修正，通過大量的數據積累形成較為真實的修正方式是現(xiàn)階段較好的處理航攝誤差的方式。

2.3像片控制測量誤差分析

無人機的像控點精度主要包括刺點精度以及觀測精度兩種。在基本滿足觀測精度設計要求的條件下，刺點精度就成為影響像片控制測量精度的最主要因素。但是在實際操作中由于無人機的像幅一般比較小，可以進行選擇像控點位的范圍比較小，所以常常發(fā)生在像控點布設區(qū)域內不易找到明顯地物刺點的情況，特別是在人員居住較少的野外地區(qū)。在制約像控點精度因素中像控點的選擇地物棱角是否明顯、影像的反差是否是理想的地點等是主要的因素。這就要求在航線網的區(qū)域內布置較為明顯的像控點，確保在現(xiàn)有無人機攝像能力的情況下可以真實清晰的找到地物刺點。

2.4精度統(tǒng)計方法介紹

評價某個測試區(qū)平差結果主要是看檢查點以及加密點的精度情況。在精度統(tǒng)計分析過程中，采用的誤差統(tǒng)計分析指標包括：

①平均值—主要是指估算樣本的平均值（是指算術平均值）。

②標準差值—主要是指估算總體的標準偏差，標準偏差主要是反應相對于平均值的離散程度。

③中誤差值—主要是指在相同觀測條件下的真誤差平方中數的平方根。

其中：m為檢查點中誤差，單位為米；△為檢查點野外實測值與解算值的誤差，單位為米；n為參與評定精度的檢查點數。

④粗差剔除—按照正態(tài)分布觀測值的95%概率進行誤差值粗差剔除。

⑤最大值—取粗差剔除后控制點和檢查點值中的最大值。

3　無人機航測系統(tǒng)像控點的布設方式

3.1像控點布設問題分析

（1）對于航線網中間像控點偏離航線中線過大問題。正常情況下，位于航線網中間的一對（或者是一個）像控點應該布設在航線兩端像控點的中線區(qū)域，允許偏離中線的位置不應該超出半條基線。但現(xiàn)實實施中往往出現(xiàn)中間像控點偏離中線距離過大的情況，這些問題的產生主要是由于相關的作業(yè)人員對于航線網中間點布設位置對內業(yè)加密精度影響不了解。

（2）在實際操作中，像片主點落水的像對沒有按照平高全野外布點，出現(xiàn)像片主點落水或者是水域將像片的內容覆蓋掉，這就造成了像對不能與其相鄰的像對無縫連接。還有就是常常會在水域的一邊設置平高點，而在另外一邊設置高程點，還有的情況是設置三個平高點，一個高程點的情況。這些像控點布設方式與成圖要求相悖，不能有效進行外業(yè)操作，一定要按照像對進行平高全野外布點，特別要注意的是在航線區(qū)域網內不應包含主點落水像對。

（3）對于形狀不規(guī)則的區(qū)域網來說在凹凸角的位置以及中間位置像控點設置不當。在實際操作過程中常常會遇到所測區(qū)域形狀不規(guī)則的情況，這就會導致所劃分的區(qū)域網形狀也不規(guī)則，出現(xiàn)四周凹凸不齊的情況，對于布點來說比較困難。

3.2像控點布設問題解決方式

（1）首先在進行像控點設置時務必要遵守相關的標準和設計準則，不能任意增加基線數量，否則的話會很大程度上影響內業(yè)加密的精度，也會降低成圖的數學精度。同時基線數量不能過少，否則會使得人力、財力有較大的浪費，大大增加外業(yè)方面的工作量。

（2）由于常常通過基線數量來衡量像控點在航線方向上的間隔距離，所以相關作業(yè)人員必須要對限制像控點間的基線數量和保證加密精度兩者之間關系有正確的認識和理解。

（3）確保位于航線網中間的一對（或者是一個）像控點應該布設在航線兩端像控點的中線區(qū)域，允許偏離中線的位置不應該超出半條基線。

（4）在進行像控點布設時要確保像片主點落水是按照像對進行平高全野外布點的，同時保證主點的落水像對不應包括在航線區(qū)域網中。

（5）在不規(guī)則的區(qū)域內進行像控點布設時，常常是在凸角位置布設平高點、在凹角位置布設高程點。若出現(xiàn)凹角點與凸角點之間的距離較大（超出兩條基線情況）的情況，在凹角點處也要布設成平高點，如圖1所示。

當在階梯形區(qū)域進行航線網布設時，凹凸角點同樣要遵循上述原則，同時在區(qū)域的中間位置的點要盡可能布設在航線段的中央位置。

圖1　平高點布置圖

4　結束語

在現(xiàn)代的低空航測中無人機是應用的熱點，因為其具有較大的靈活性，飛行成本較低，也不會受到機場等方面的限制。但是由于無人機一般體積較小，其能承受的負載有限，所以其航測系統(tǒng)所具有的攝像設備所能獲得的像片像幅較小，航測的工作量很大，所以不太適合航測區(qū)域較大的情況。并且由于受到攝像設備、人員以及氣候條件等的限制使得無人機的測圖精度相對較低。同時航線網中的像控點布設也存在著一定的問題，這些都需要我們不斷更新自身知識，努力提升無人機航測技術。

[1]羅偉國.關于無人機航測系統(tǒng)外業(yè)像控的探討 [J].礦山測量,2012（05）:15-17.

[2]薛阿亮.無人機航測技術的應用于實踐 [J].陜西煤炭,2013（06）:28-29.

V279+.2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-170-2

萬繼合（1986～），男，畢業(yè)于山西農業(yè)大學地理信息系統(tǒng)專業(yè)，研究方向為測繪地理信息。