基于無人機傾斜攝影的像控點優(yōu)化布設方法研究

肖永東 朱勁松

摘要：文章論述了像控點在無人機低空傾斜攝影測量下的作用，分析了在不同的像控點布設方案下進行傾斜攝影建模數(shù)據(jù)采集精度的基本情況，統(tǒng)計了不同的像控點布設方式對數(shù)據(jù)精度的影響效果，并針對不同的工作需求，提出了相應可用的布點方案。

關鍵詞：無人機 ?像控點 ?精度

引言

低空無人機攝影測量，尤其是傾斜攝影測量的興起和普及應用，給傳統(tǒng)的大比例尺數(shù)字化測圖帶來了極大的變革，其工作方式便捷靈活，效率高，成果直觀，數(shù)據(jù)格式多樣，符合新時期背景下國民經(jīng)濟規(guī)劃建設等各領域對空間數(shù)據(jù)的多種需求。為進一步增強其實用性，需要在保證其先天工作優(yōu)勢的前提下不斷研究其成果精度的提高方法，包括其飛行平臺及飛行方式的改進、傳感器及IMU設備的性能提升等。其中，像控點的布設方式也同樣是影響著無人機攝影測量成果的重要因素，相較于傳統(tǒng)攝影測量，無人機因其機身輕小、抗干擾能力弱、傳感器畸變大且像幅小等原因，導致其所拍攝相片不穩(wěn)定，傾角較大，為了保證覆蓋及完整建模，往往需要更高的相片重疊度，且其地面像控點的布設方式也有所不同。

本文基于無人機傾斜攝影測量像控點布設的優(yōu)化方面進行研究，著力于考慮如何在較小工作量的前提下顯著提高其作業(yè)成果的精度。通過使用搭載了成都睿鉑D2五鏡頭相機的大疆M600 PRO六旋翼無人機，采集選定實驗區(qū)的地面影像，并采用不同的像控點布設方法進行傾斜模型建立，再通過模型上的檢驗點的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進行對比分析，研究不同的控制點模型下數(shù)據(jù)的總體精度及具體誤差分布問題，為在實際生產(chǎn)作業(yè)中進行傾斜攝影測量布點作業(yè)提供可用的參考。

1.實驗背景

1.1實驗區(qū)狀況

本實驗區(qū)域位于云南省宣威市下的一個山村，總面積約500畝，測區(qū)東西走向，不太規(guī)則，測區(qū)為一面山坡，高差約30m，坡度較為均勻，村子里房屋多為新建混房，以2-3層為主，但建筑物比較密集。

1.2航攝參數(shù)設置

為保證模型精度，使用的相機的分辨率為6000*4000，相對航高85m，GSD為0.012m，重疊度航向80%，旁像75%，因電池續(xù)航問題，整個測區(qū)共飛行了3個架次。

1.3實測設備及作業(yè)方式

測區(qū)內像控點通過人工撒石灰的方式實現(xiàn)，檢查點選擇為實地明顯地物特征點，像控點及檢查點統(tǒng)一采用RTK設備現(xiàn)場采集，為保證精度，每一個點重復采集四次，并取其平均值作為最后成果。

2.像控點布設方案

本實驗采取了無人機航測常規(guī)使用的非全野外布點方案，為保證像控點的可用性，選點時主要考慮其成像清晰、上空開闊、地勢平坦且不易被遮擋及破壞等特征，通過對整個測區(qū)的踏勘及試驗，共布設了13個像控點及遍布整個測區(qū)的20個檢查點。并通過所采集像控點的位置情況，共設置了如下4種像控點布設方案，分別為：

a 四周布點法：只在測區(qū)的四周布設少量像控點，不考慮其內部情況;

b 中心布點發(fā)：只考慮測區(qū)中心位置少量布點，忽略測區(qū)邊緣情況;

c 均勻布點法：全面考慮整個測區(qū)，數(shù)量適中;

d 加密布點法：在均勻布點的情況下，對測區(qū)控制點進行適當加密。

3.成果精度分析

3.1 質量評定方法及依據(jù)

在進行外業(yè)攝影后，按照所采用的像控布設方式，分次采用ContextCapture平臺軟件進行數(shù)據(jù)處理，得到四種傾斜模型，并以此將其導入到EPS三維測圖系統(tǒng)中，進行檢查點的平面及高程坐標數(shù)據(jù)采集。采集完成后，將結果導出并用EXCEL表對其與對應RTK實測數(shù)據(jù)進行對比匯總，以計算對應各點的平面及高程中誤差，具體計算公式為：

其中，ms，mh分別代表成果平面及高程的中誤差，xi，x’i，yi，y’i，hi，h’i分別分別表示檢查點實測及室內模型上獲取的平面坐標和高程信息。

3.2 精度分析

根據(jù)中誤差計算公式，通過計算各布點方案下數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，得到表1所示的精度成果：

通過對檢查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，四種像控點布設方式中，綜合平面中誤差最大為6cm左右，而高程中誤差最大為約8cm，按照相關行業(yè)規(guī)范發(fā)現(xiàn)，這幾種方案總體均滿足1：500比例尺數(shù)字測圖需求。但在具體精度分布情況下，方案a下檢查點精度最高的地方為測區(qū)邊緣處，平面位置為0.011m，高程為0.036m，而最差的位置是測區(qū)中間位置，平面達到了0.093m，而高程為0.124m;而方案b正好相反，檢查點精度有中間到邊緣變差，平面精度在0.015m至0.114m之間，高程精度則在0.048m至0.153m之間。而方案c和方案d的檢查點精度分布就比較均勻，平面在在0.021至0.075之間，高程則在0.037至0.112之間。這說明像控點對模型數(shù)據(jù)的精度效果起到重要的控制作用。從表中可以看到，在數(shù)據(jù)精度質量上，加密布設方式最優(yōu)，而中間布設方式效果最差;但從精度和工作量綜合效果上看，最理想的方式則是均勻布設方式。

4.結論

本文所用實驗區(qū)域面積相對較小，且地勢均勻，具有一般的地貌特征。經(jīng)過幾種布點方案的設計及數(shù)據(jù)分析，可以得到如下結論：

（1）如果在滿足基本精度的前提下要盡可能地減少外業(yè)工作量，可以考慮邊緣法布點方案;

（2）如果最看重精度問題，則應該采用加密法進行布點，但當像控點數(shù)量達到一定程度時，其精度效果將趨于穩(wěn)定;

（3）在精度與工作量綜合的情況下，應選擇均勻布點方式。

參考文獻：

[1]張麗麗.無人機航攝前像控點布測方法探討[J].測繪技術裝備，2016（3）：44—46.

[2]羅東山，李相庭，何軍，等.無人機航測像控點布設對空三精度的影響[J].測繪標準化，2017，（3）.34-36.

[3]班偉 無人機航測的像控點布設探討[J].工程技術研究，2019，4（16）.225-226.

[4]徐夏炎，答星等.無人機1：500數(shù)字航測成圖關鍵技術研究[J].北京測繪，2019，33（3）：328—332.