淺談無人機航空攝影測量空三加密精度分析

王莉娟(大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163712)

0 引言

由于科學技術不斷進步，當前無人機航空攝影測量技術在許多項目的生產(chǎn)工作中實現(xiàn)了廣泛的應用，怎樣才能實現(xiàn)對海量的無人機信息數(shù)據(jù)進行高效化處理，以此確保航空攝影測量成圖的準確程度，已經(jīng)成為現(xiàn)階段航空攝影測量進一步發(fā)展所面臨的主要問題。接下來我們就對目前無人機航測系統(tǒng)中的空三機密技術的精度做進一步的分析和研究。

1 無人機航空攝影測量空三加密的闡述

實際上空三加密就是空中三角測量，該技術能夠借助極少的控制點物方還有像方坐標，求出未知點具體的坐標，并以此使得模型之中已知點的數(shù)量能夠提升至四個乃至更多，同時通過上述已知點還可以進一步分析與研究位于影像外方向上的各種元素。倘若空三加密精度達不到標準，那么便極有可能會出現(xiàn)航空攝影測量外業(yè)像控點的量測以及航飛環(huán)節(jié)被迫返工等情況，從而導致航空攝影測量內(nèi)業(yè)的后續(xù)流程無法正常進行。

相較于傳統(tǒng)的航空攝影測量，應用無人機進行航空攝影測量所需要投入的成本較少，并且時效性也要更強，其近些年在繪制地形圖以及三維建模等工作當中得到了極為廣泛的運用。然而，凡事皆有弊端，該技術同樣也不例外，例如影像畸變較大、姿態(tài)的穩(wěn)定性不夠以及基高比偏小、高程的精度較低與模型的切換過于頻繁等等。當前我國市場上還未出現(xiàn)一款可以完全解決上述所有問題的無人機航空攝影測量空三加密軟件，現(xiàn)有的精度幾乎無法滿足我國傳統(tǒng)航測的標準與要求[1]。

2 航空攝影測量的具體要求

2.1 精度要求

在航空攝影測量工作中，像控點以及圖根控制點二者的精度標準基本相同，當尺航測成圖的比例是1:2000時，地物點還有加密點之間實際的精度要求為：處于城市中的建筑地區(qū)，等高距為0.5m平坦區(qū)域，對于高程標記點來說，其高程差應當處在0.15mm以內(nèi)。另外，城市中的建筑區(qū)域，實際的等高距離是0.5m的平坦地區(qū)高程以及等高線頂端通過外業(yè)的方式開展測繪作業(yè)。初次之外，對其它區(qū)域高程以及等高線則能夠利用平高區(qū)域網(wǎng)來做加密處理。

2.2 航空攝影的質(zhì)量要求

當通過衛(wèi)星開展攝影測量工作時，因為引入了RPC參數(shù)，同時衛(wèi)片像有著較大的覆蓋面積，所以可以在一定程度上降低外業(yè)控制點實際的布設密度。例如在某種極短條件之下，如果衛(wèi)片的質(zhì)量足夠優(yōu)秀，即沒有云層覆蓋的情況下，通常僅設1控制點于測區(qū)的中間位置，然而在測量時其中往往會存在一定的測量誤差，只靠一個控制點很難發(fā)現(xiàn)粗差。一般最好將控制點布設在中央?yún)^(qū)域以及測量區(qū)域的四角出，共計約5個，通過這種方式保證能夠在進行多余觀測，并及時發(fā)現(xiàn)粗差等基礎上，還可以出色完成比例是1:2000地形圖的繪制工作[2]。

2.3 布設像控點

一般情況下，區(qū)域網(wǎng)法是當前像控點最為常見的一種布設方案，在這一方法中航向的間隔為4條基線。這一項目的像控點借助GPS-RTK進行施測，同時根據(jù)平高點具體的要求來布設像控點。通常布設的范圍處于航向重疊3片區(qū)域中，而當于區(qū)域網(wǎng)內(nèi)布點時則需要確保5至6片的重疊；另外，像控點和相片邊緣之間的距離應當處于1.5cm及以上。

3 對空三加密精度的分析

就當前航空攝影測量基本的流程來看，在航測工作中空三加密技術有著極為重要的作用，它直接決定著最終地籍圖的精度。在目前科學技術快速發(fā)展的過程中，航測工作的時間愈發(fā)緊張，對應的任務量也在隨之增加，而借助空三加密相關的軟件，則能夠迅速且高效的完成各項加密工作。在布設傳統(tǒng)外業(yè)像控點時，控制點的點位位置往往需要進行謹慎考慮，通常對其有著極為嚴格的要求。因此，是否能夠有效脫離目前外業(yè)像控布點工作中的種種限制，從而有效減少控制點實際的布設量，進而在不影響測量區(qū)域加密精度的前提下有效提升航線跨度，逐漸成為當前管理人員急需去考慮的一個問題。

4 優(yōu)化無人機航空攝影測量空三加密精度的方法

文章將無人機航空攝影測量空三加密的實際流程作為了切入點，借此來對其進行了深入分析，并對技術的優(yōu)化方案作了全面研究。過去傳統(tǒng)無人機的空三加密具體流程如圖1所示。

圖1傳統(tǒng)無人機航空攝影測量的空三加密流程

因為非量測相機是無人機獲取影像最為重要的一個途徑，所以只有在畸變差校正等工作結(jié)束后才能夠進行空三加密，另外在此環(huán)節(jié)還需要對相機的參數(shù)進行全面檢校，倘若直接跳過這一環(huán)節(jié)那么很有可能會對匹配的精度產(chǎn)生不利影響。但是，因為軟件的性能會對光束法平差還有自動匹配等產(chǎn)生約束，所以一旦匹配的算法不合適或平差參數(shù)達不到標準，那么便會降低加密的自動化水平，而且此時還需借助人工來進行強行干預，因此還會導致空三的加密效率還有精度發(fā)生明顯的降低，嚴重者還會直接造成空三失敗。為此，本篇文章制定了以下幾個優(yōu)化空三加密精度的方案。

4.1 優(yōu)化與完善相機的檢校方式

目前，絕大多數(shù)的生產(chǎn)單位在無人機的航空攝影測量生產(chǎn)工作中，所使用的均為非量測相機，而為了能夠取得一個理想的航測精度，對非量測相機做必要的檢校便成為了其中一個必不可少的環(huán)節(jié)，而且非量測相機的畸變差參數(shù)穩(wěn)定性較差，因此需要隔一段時間便對其進行一次全面的檢?！，F(xiàn)階段，主要借助比較一下幾種方案來對相機檢校實施的具體方案進行確定[3]。

4.1.1 相機的自檢較

自檢較其實就是指借助定焦相機內(nèi)部鏡頭自身的光學結(jié)構并不會因主距轉(zhuǎn)變而隨之發(fā)生改變的特點，利用預檢校獲取內(nèi)方位元素的具體變化規(guī)律，以此來盡可能的減少在檢校過程中未知數(shù)出現(xiàn)的數(shù)量，最終實現(xiàn)模型簡化等目標。在無需構建檢校場的基礎上，僅通過目標附近的影響以及影像間對應的關系便可完成相機檢校，此類方案成本較低，整體操作也相對簡單，只需要使用一些軟件與影響便可完成，然而在經(jīng)過了項目實驗之后發(fā)現(xiàn)，這一方案最大的弊端即穩(wěn)健性低，空三機密技術的精度幾乎得不到有效的提升，只適用于相機參數(shù)相對準確的影像之中，倘若相機的參數(shù)已經(jīng)發(fā)生了明顯變化，那么優(yōu)化的最終結(jié)果往往會與預期存在較大出入。

4.1.2 物理檢校

在開展物理檢校工作時，相機需要被送至專業(yè)的檢校部門進行全面檢校處理。經(jīng)實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，通過這一方案所得到的參數(shù)相對準確，借助該相機的檢校參數(shù)可以讓空三加密精度得到大幅提升。然而這一方法同樣也有一些不足之處，例如整體的費用偏高，耗費的時間相對較長，極有可能會對其它的項目航攝產(chǎn)生影響，而且還需要投入大量資金相機在運送工作中，并且運送風險也極高。

4.2 依據(jù)測區(qū)的特點對軟件配置進行優(yōu)化

4.2.1 Pixelgrid軟件

就目前來看，Pixelgrid軟件在我國現(xiàn)有的空三軟件中處于絕對的領先地位，因為它有著極為可靠的穩(wěn)定性，同時也可以對其質(zhì)量進行適當控制，所以目前被廣泛應用到了航測領域中的信息處理工作中。在借助Pixelgrid軟件處理相關的航測數(shù)據(jù)時，軟件對于步驟進行了極為細致的劃分，程序整體較為穩(wěn)定、任何一個環(huán)節(jié)均可以進行質(zhì)量控制以及人工干預、對于無人機的飛行姿態(tài)無嚴格要求是其優(yōu)點，而其缺點則為數(shù)據(jù)處理效率較低、自動化水平較弱以及無法達到項目的工期標準等[4]。

4.2.2 Inpho軟件

相較于Pixelgrid軟件，Inpho的表現(xiàn)更為出色，它是目前國際上極為先進且可靠的一個數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)。極高的自動化水平與匹配精度是Inpho軟件最突出的優(yōu)點，而其缺點也同樣顯著，例如對地物紋理還有無人機在飛行狀態(tài)下的姿態(tài)等有著極高的要求，在條件較差的測量區(qū)域中錯誤匹配的概率明顯增加等。除此之外，該軟件所需的人工干預量比較少，很難保證在困難區(qū)域的加密精度。

在傳統(tǒng)航空攝影測量工作中，往往使用一個軟件來進行空三加密，因此經(jīng)常會出現(xiàn)返工現(xiàn)象還有點位中的誤差超過限制等情況。而將上述兩種具有顯著優(yōu)勢的軟件進行結(jié)合，在應用Inpho軟件對無人機信息數(shù)據(jù)進行高效率自動化處理的基礎上，還可以充分展現(xiàn)出Pixelgrid所具有的控制特點，進而最大程度的優(yōu)化和完善資源配置，最終有效提高生產(chǎn)的效率。兩個軟件結(jié)合之后的空三優(yōu)勢如表1所示。

表1 軟件結(jié)合后空三優(yōu)勢的統(tǒng)計表

5 結(jié)語

本篇文章對無人機航空攝影測量空三加密技術進行了深入分析，同時還對提高其精度的方法進行了研究，借助對比不同的相機檢校方案，結(jié)合精度、成本投入還有效率等因素，對軟件組合以及配置等進行了科學優(yōu)化，最終實現(xiàn)了對傳統(tǒng)的空三加密方案的優(yōu)化與完善。在經(jīng)過了一段時間的時間應用之后，發(fā)現(xiàn)完成優(yōu)化工作的空三加密技術能夠有效解決無人機航空攝影測量工作中存在的精度偏低等問題，而且空三結(jié)果可以滿足由國家制定的1:1000與1:2000地形圖的精度標準，進而讓航測的成圖精度得到了進一步提升。總而言之，本篇文章給無人機航空攝影測量成圖等工作提供了全新的思路以及較為科學的方案，希望借此能夠為相關的工作人員提供一定的幫助。除此之外，我們堅信相信隨著互聯(lián)網(wǎng)與計算機技術不斷地完善與發(fā)展，未來測量的速度還有精度必將得到顯著提升，從而促使測繪從數(shù)字化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒?，最終在我國的國民建設工作中展現(xiàn)出無可替代的作用。