無人機(jī)航測若干問題分析

何碧波，倪 峰，鄭明燈

（1.湖北省測繪地理信息局測繪應(yīng)急保障中心，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

無人機(jī)航測若干問題分析

何碧波1，倪 峰2，鄭明燈2

（1.湖北省測繪地理信息局測繪應(yīng)急保障中心，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

根據(jù)生產(chǎn)實際，針對無人機(jī)搭載非量測相機(jī)進(jìn)行機(jī)航攝時存在高程誤差超限的問題進(jìn)行了分析，提出了解決方法，最終結(jié)果滿足規(guī)范要求，具有一定的生產(chǎn)應(yīng)用價值。

無人機(jī)；航測；航空攝影；內(nèi)方位元素

近年來，無人機(jī)作為一種新型遙感平臺，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)村土地利用調(diào)查、作物長勢監(jiān)測、城市管理、國防事業(yè)等領(lǐng)域。無人機(jī)航空攝影測量可以快速、機(jī)動、靈活地獲取項目區(qū)域的航空影像，無人機(jī)航空攝影雖然能夠快速滿足小面積、大比例尺地形圖繪制的需要，但效果往往不夠理想。本文結(jié)合洪湖市汊河鎮(zhèn)1∶2 000無人機(jī)航測項目，通過對其結(jié)果的歸納分析，提出了解決方案。

1 項目實施

本次項目區(qū)域位于湖北省洪湖市，屬于平原地區(qū)，項目要求完成汊河鎮(zhèn)1∶2 000地形圖繪制，面積約4 km2，由于面積較小，此次采用固定翼無人機(jī)作為飛行平臺，搭載加固并檢校過的Canon EOS 5D MarkII數(shù)碼相機(jī)作為傳感器，單幅影像大小為5 616×3 744 像素，鑒定主距為35．513 mm，采用無地面基站機(jī)載GPS輔助航攝技術(shù)進(jìn)行航空攝影。測圖航線設(shè)計航高為真高550 m，地面實際分辨率為0．1 m，構(gòu)架航線設(shè)計航高為真高630 m，地面實際分辨率為0．12 m。共設(shè)計測圖航線10條，為第18-27航線；構(gòu)架航線2條，分別為第28、29條航線，實際攝影面積為6．3 km2，見圖1。

由于采用機(jī)載GPS輔助航攝技術(shù)進(jìn)行航空攝影，故僅需在加密測區(qū)四角布設(shè)相片控制點，4個相片控制點為：P8801、P8617、P8815和P8602。為了評價加密精度，還布設(shè)了10個檢查點，每個相片控制均有明顯地面標(biāo)志物選刺，并利用RTK和湖北CORS站進(jìn)行相片控制測量。

機(jī)載GPS數(shù)據(jù)下載后，聯(lián)合17 h的快速星歷進(jìn)行解算，最后根據(jù)每張相片曝光的GPS時刻內(nèi)插出每張相片的外方位元素的線元素[1-3]。

空三平差采用WuCaps聯(lián)合平差程序系統(tǒng)進(jìn)行，平差后的外方位元素導(dǎo)入數(shù)字?jǐn)z影測量工作站后再進(jìn)行航測內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集。在外業(yè)調(diào)繪基礎(chǔ)上還利用了RTK對明顯建筑物進(jìn)行了平面測量，共測得房角、水渠角等明顯標(biāo)志物46個，項目區(qū)的高程根據(jù)內(nèi)業(yè)采集點位利用RTK進(jìn)行實測[4]。

圖1 汊河鎮(zhèn)航線及像控分布圖

2 精度及問題分析

1）空三精度分析?？杖讲詈蟮南窨攸c和檢查點的平面與高程余差情況見表1。

從表1中空三加密像控點、檢查點的余差情況看，平面余差小于0．8 m，滿足1∶2 000航測加密要求；高程余差不能夠滿足1∶2 000航測加密要求。

2）成圖平面精度。利用外業(yè)測量的46個平面地物檢查點坐標(biāo)，在CAD環(huán)境下與航測內(nèi)業(yè)地形圖進(jìn)行比對，圖上點與實測點平面中誤差為0．75 m，小于規(guī)范要求的1．2 m，其中最小誤差0．22 m，最大誤差1．24 m。

由于空三加密像控點與檢查點的高程誤差超過規(guī)范要求，所以，此次地形圖高程點全部采用外業(yè)RTK實測的方式進(jìn)行，作業(yè)人員按照地形圖上的高程點的點位進(jìn)行實際測量，共實測高程點103個，與航內(nèi)采集到的高程點在CAD下進(jìn)行精度統(tǒng)計，圖面點與實測點的高程中誤差為0．73 m（規(guī)范要求0．4 m），最大誤差1．66 m。從本次項目的空三加密余差結(jié)果和最終地形圖成圖誤差情況來看，空三平差的精度情況與地形圖成圖精度情況相一致，其平面精度滿足規(guī)范要求，而高程精度達(dá)不到規(guī)范要求。

表1 像控點、檢查點余差

由于無人機(jī)在飛行過程中，飛行姿態(tài)受氣流等外界因素的影響，拍攝時相機(jī)傾角過大，從而對模型高程面造成一定的扭曲，是導(dǎo)致高程誤差超限的原因之一；另外，由于民用相機(jī)鏡頭和機(jī)身部分在飛行過程中受飛機(jī)的振動以及氣溫變化的影響，相機(jī)內(nèi)方位元素發(fā)生了改變，從加密結(jié)果可以看出，部分連續(xù)相片的相機(jī)主距變化能達(dá)到2%，這也在一定程度上也影響了航測的高程精度[5]。所以通過無人機(jī)搭載非量測相機(jī)航攝的方式，盡管在攝影前后對相機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定，也不能保證在攝影過程中內(nèi)方位元素的穩(wěn)定，因此難以獲得理想的航測高程精度[6]。

在一般情況下，數(shù)碼攝影完成的1∶2 000地形圖底圖影像實際分辨率在0．20 m左右，本項目采用無人機(jī)搭載普通數(shù)碼相機(jī)將地面實際分辨率提高到了0．10 m左右，從加密和成圖精度檢測的結(jié)果來看，能夠滿足1∶2 000地形圖平面精度要求的[7]。

3 結(jié) 語

利用無人機(jī)搭載檢校后的普通數(shù)碼相機(jī)并采用機(jī)載GPS輔助航攝可以滿足1∶2 000地形圖成圖的平面精度，但由于飛行姿態(tài)和相機(jī)內(nèi)方位元素不穩(wěn)定，高程精度不能滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范的要求。針對小面積或局部地形圖補測等應(yīng)急測繪工作，可采用無人機(jī)搭載GPS輔助航攝技術(shù)進(jìn)行航測項目生產(chǎn)，但其高程必須利用外業(yè)實測來完成，具有一定的生產(chǎn)應(yīng)用價值。

[1] 張祖勛, 張劍清．?dāng)?shù)字?jǐn)z影測量學(xué)[M]．武漢: 武漢大學(xué)出版社,1997

[2] 袁修孝,高宇,鄒小榮．GPS輔助空中三角測量在低空航測大比例尺地形圖成圖中的應(yīng)用[J]．武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）,2012,37(11):1 289-1 293

[3] 黃世德．航空攝影測量學(xué)[M]．北京:測繪出版社,1987

[4] 李征航,黃勁松．GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M]．武漢:武漢大學(xué)出版社,2003

[5] 馮文灝．關(guān)于近影機(jī)景攝檢校的幾個問題[J]．測繪科學(xué),2000 (6):13

[6] 柏飛．影響無人機(jī)航測高程精度分析[J]．測繪技術(shù)裝備,2014(3):92-93

[7] GB 7930-2008．1：500 1：1 000 1：2 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S]．

P237

B

1672-4623（2016）12-0013-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12.005

何碧波，高級工程師，主要從事測繪地理信息技術(shù)工作、測繪項目生產(chǎn)管理工作。

2016-05-03。