何碧波,倪 峰,鄭明燈
(1.湖北省測(cè)繪地理信息局測(cè)繪應(yīng)急保障中心,湖北 武漢 430074;2. 湖北省測(cè)繪工程院,湖北 武漢 430074)
無人機(jī)航測(cè)若干問題分析
何碧波1,倪 峰2,鄭明燈2
(1.湖北省測(cè)繪地理信息局測(cè)繪應(yīng)急保障中心,湖北 武漢 430074;2. 湖北省測(cè)繪工程院,湖北 武漢 430074)
根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際,針對(duì)無人機(jī)搭載非量測(cè)相機(jī)進(jìn)行機(jī)航攝時(shí)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(jià)值。
無人機(jī);航測(cè);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(tái),廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)村土地利用調(diào)查、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、城市管理、國(guó)防事業(yè)等領(lǐng)域。無人機(jī)航空攝影測(cè)量可以快速、機(jī)動(dòng)、靈活地獲取項(xiàng)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(cè)項(xiàng)目,通過對(duì)其結(jié)果的歸納分析,提出了解決方案。
本次項(xiàng)目區(qū)域位于湖北省洪湖市,屬于平原地區(qū),項(xiàng)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(tái),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(cè)圖航線設(shè)計(jì)航高為真高550 m,地面實(shí)際分辨率為0.1 m,構(gòu)架航線設(shè)計(jì)航高為真高630 m,地面實(shí)際分辨率為0.12 m。共設(shè)計(jì)測(cè)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(shí)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(cè)區(qū)四角布設(shè)相片控制點(diǎn),4個(gè)相片控制點(diǎn)為:P8801、P8617、P8815和P8602。為了評(píng)價(jià)加密精度,還布設(shè)了10個(gè)檢查點(diǎn),每個(gè)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(cè)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(shí)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(cè)量工作站后再進(jìn)行航測(cè)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(duì)明顯建筑物進(jìn)行了平面測(cè)量,共測(cè)得房角、水渠角等明顯標(biāo)志物46個(gè),項(xiàng)目區(qū)的高程根據(jù)內(nèi)業(yè)采集點(diǎn)位利用RTK進(jìn)行實(shí)測(cè)[4]。
圖1 汊河鎮(zhèn)航線及像控分布圖
1)空三精度分析??杖讲詈蟮南窨攸c(diǎn)和檢查點(diǎn)的平面與高程余差情況見表1。
從表1中空三加密像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)的余差情況看,平面余差小于0.8 m,滿足1∶2 000航測(cè)加密要求;高程余差不能夠滿足1∶2 000航測(cè)加密要求。
2)成圖平面精度。利用外業(yè)測(cè)量的46個(gè)平面地物檢查點(diǎn)坐標(biāo),在CAD環(huán)境下與航測(cè)內(nèi)業(yè)地形圖進(jìn)行比對(duì),圖上點(diǎn)與實(shí)測(cè)點(diǎn)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(diǎn)與檢查點(diǎn)的高程誤差超過規(guī)范要求,所以,此次地形圖高程點(diǎn)全部采用外業(yè)RTK實(shí)測(cè)的方式進(jìn)行,作業(yè)人員按照地形圖上的高程點(diǎn)的點(diǎn)位進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,共實(shí)測(cè)高程點(diǎn)103個(gè),與航內(nèi)采集到的高程點(diǎn)在CAD下進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì),圖面點(diǎn)與實(shí)測(cè)點(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)、檢查點(diǎn)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(shí)相機(jī)傾角過大,從而對(duì)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(dòng)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(cè)的高程精度[5]。所以通過無人機(jī)搭載非量測(cè)相機(jī)航攝的方式,盡管在攝影前后對(duì)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(cè)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(shí)際分辨率在0.20 m左右,本項(xiàng)目采用無人機(jī)搭載普通數(shù)碼相機(jī)將地面實(shí)際分辨率提高到了0.10 m左右,從加密和成圖精度檢測(cè)的結(jié)果來看,能夠滿足1∶2 000地形圖平面精度要求的[7]。
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(duì)小面積或局部地形圖補(bǔ)測(cè)等應(yīng)急測(cè)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(cè)項(xiàng)目生產(chǎn),但其高程必須利用外業(yè)實(shí)測(cè)來完成,具有一定的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。
[1] 張祖勛, 張劍清.?dāng)?shù)字?jǐn)z影測(cè)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(cè)量在低空航測(cè)大比例尺地形圖成圖中的應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2012,37(11):1 289-1 293
[3] 黃世德.航空攝影測(cè)量學(xué)[M].北京:測(cè)繪出版社,1987
[4] 李征航,黃勁松.GPS測(cè)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(gè)問題[J].測(cè)繪科學(xué),2000 (6):13
[6] 柏飛.影響無人機(jī)航測(cè)高程精度分析[J].測(cè)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(cè)量?jī)?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(jí)工程師,主要從事測(cè)繪地理信息技術(shù)工作、測(cè)繪項(xiàng)目生產(chǎn)管理工作。
2016-05-03。