無人機航空攝影測量空三加密精度

李珂江

（重慶市萬州區(qū)規(guī)劃設計研究院，重慶 404100）

引言

隨著科技的不斷進步，目前無人機航攝測量技術已廣泛應用于許多項目的生產(chǎn)工作中，如何實現(xiàn)對海量無人機信息數(shù)據(jù)的高效化處理，以保證航攝測量結果的準確性，已成為現(xiàn)階段航空攝影測量進一步發(fā)展面臨的主要問題。接著對目前無人機航測系統(tǒng)中的空三密技術進行了深入的分析和研究。

在國土、農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)資源勘測與評估等領域中，廣泛使用了自動、智能、專業(yè)、快速獲取數(shù)字正射影像圖(DOM)。而相對航空遙感技術而言，無人機航攝測量普遍存在低航攝高度、小像幅和飛行姿態(tài)不穩(wěn)定等因素，對無人機航攝圖的繪制精度有一定的影響。為了解決這一問題，目前無人機航攝技術引入了 GPS輔助光束法區(qū)網(wǎng)平差，利用 GPS 實時動態(tài)差分定位技術，獲取無人機航拍曝光相片中心點空間位置，以提高無人機航拍定位的空間精度，利用該技術的前提，特別是海拔落差大的山區(qū)、丘陵。為此，如何進一步減少無人機航攝空中三角測量成果(以下簡稱“空三加密成果”)和 DOM 影像成果滿足精度要求的基礎上，進一步減少無人機航攝空中三角測量成果是近年來無人機航攝測量工作者的努力目標和研究熱點。本文主要討論了如何通過增加無人機正射影像圖的航線，增加無人機圖像之間的重疊，減少外控點的布設，縮小野外工作量，滿足高精度無人機正射影像圖的生產(chǎn)需求。

一、無人機航攝測量空三加密簡述

實際上的三加密即為空中三角測量法，這種方法能借助少量控制點和像方坐標，求得未知點的具體坐標，從而使模型中已知點的數(shù)量增加到四個甚至更多，同時通過上述已知點還可以進一步分析和研究位于影像外方向的各種元素。如果空三加密的精度達不到標準，那么很可能會出現(xiàn)航空攝影測量外業(yè)像控點測量以及航飛環(huán)節(jié)被迫返工等情況，從而導致航空攝影測量無法正常進行。與傳統(tǒng)的航空攝影測量方法相比，利用無人機進行航空攝影測量儀所需投資較少，且實時性較強，近幾年在繪制地形圖、三維建模等工作中得到了非常廣泛的應用。但是，凡事都有缺點，技術也不例外，如影像變形大、姿態(tài)穩(wěn)定性差、基高比小、高程精度低、模式切換頻繁等[1]。目前在我國市場上還沒有一款可以完全解決以上所有問題的無人機航拍測量空三加密軟件，目前的精度幾乎不能滿足我國傳統(tǒng)航測的標準和要求。小型化航空攝影測量即利用無人機配合專業(yè)的數(shù)碼相機低空航攝飛行獲取地面數(shù)據(jù)資料，制作數(shù)字化地形圖、DEM、DOM 等測繪產(chǎn)品。隨著我國信息化建設和科技的不斷發(fā)展，小型無人機數(shù)碼航空攝影測量已經(jīng)成為獲取空間數(shù)據(jù)信息的一種重要手段，它具有成本低、機動靈活等優(yōu)點，可以大大減少人工野外測量的勞力與財力，從而大大降低了人工野外測量的勞動力與財力，從而使測繪產(chǎn)品生產(chǎn)效率迅速提高。

二、航空攝影測量具體要求

（一）精度要求

航攝測量工作中，像控點和圖根控制點的精確度標準基本一致，當尺航測成圖的比例為1:2000 時，對所測地物點有加密點之間的實際精度要求為：在城市中的建筑地區(qū)，等高程標記點為0.5m 的高程標記點，其高程標記點的高程標記點為0.5m。此外，在城市的建設區(qū)域，實際的等高距離為0.5m 的平地高程和等高線頂部進行測量作業(yè)。除第一級外，對于其他區(qū)域高程和等高線也可以利用平高域網(wǎng)絡進行加密處理。

（二）航空攝影質(zhì)量要求

在利用衛(wèi)星進行攝影測量時，由于引入了 RPC 參數(shù)，同時衛(wèi)片像有較大的覆蓋面積，因此可以在一定程度上降低外業(yè)控制點的實際布設密度。舉例來說，在某些非常短的條件下，例如，果衛(wèi)片的質(zhì)量足夠好，也就是沒有云的覆蓋，通常在測量區(qū)域中間只有1 個控制點，但其中往往存在一定的測量誤差，而且只有一個控制點很難發(fā)現(xiàn)粗差。通常最好將控制點的布設在中心區(qū)域及測量區(qū)的四角出，共5 個，通過這種方式保證能在進行多余觀測，并及時發(fā)現(xiàn)粗差等基礎上，還可完成1:2000地形圖的繪制工作。

（三）布置像控點

一般而言，域網(wǎng)方法是目前像控點最常用的一種布設方案，在這種方案中，航向間隔為4 條基線。利用GPS-RTK 技術對像控點進行施測，同時根據(jù)平高點的具體要求布設像控點。典型情況下，布設范圍在3 個航向重疊區(qū)域內(nèi)，在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)布點時需保證5～6 個區(qū)段重疊；此外，象控點與相片邊緣的距離應在1.5cm 以上。

三、對空三加密精度分析

從目前基本的航空攝影測量流程來看，在航測工作中空三段加密技術具有極其重要的作用，它直接決定了最終地籍圖的精度。隨著當今科學技術的飛速發(fā)展，航測工作的時間越來越緊張，相應的任務數(shù)量也越來越多，而借助空三加密相關軟件，則可以快速高效地完成各項加密工作[2]。傳統(tǒng)的外業(yè)像控點布設時，控制點的位置往往需要謹慎考慮，通常對其有非常嚴格的要求。所以，能否有效地擺脫目前外業(yè)像控布點工作中的種種限制，從而有效地減少控制點的實際布設量，從而在不影響測量區(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需要考慮的問題。

四、無人駕駛無人機攝影測量空三加密精度

由于非量測相機是無人機獲取圖像的最重要手段，因此只有在畸變差校正等工作結束后才能進行空三加密，另外在此環(huán)節(jié)中，相機的參數(shù)也需要進行全面檢校，因此只有在畸變差校正等工作結束后才能進行，否則就不能滿足要求。然而，由于軟件性能的限制，光束法平差還有自動匹配等問題，使得所匹配的算法一旦匹配不當或平差參數(shù)達不到標準，則會降低光束法平差的自動化水平，此時還需要借助人工的方法來實現(xiàn)自動匹配，因此還會導致系統(tǒng)的加密精度明顯下降。基于此，本文提出以下幾種方法來優(yōu)化空三加密精度。

（一）相機檢校方式的優(yōu)化和改進

現(xiàn)在，絕大多數(shù)的生產(chǎn)單位都是從事無人駕駛無人機的航空攝影測量生產(chǎn)工作，而為了獲得理想的航測精度，對非量測相機做必要的檢校就成了其中一個必不可少的環(huán)節(jié)，而非量測相機為了達到理想的航測精度，就成了一項必需的環(huán)節(jié)，而非量測相機的畸變參數(shù)穩(wěn)定性較差，因此需要隔一段時間就全面檢校[3]。在這個階段，主要是借助比較下幾個方案來確定相機檢校實施的具體方案。

1.照相機自檢。自檢實際上就是利用定焦相機內(nèi)部鏡頭本身的光學結構并不因主距轉換而隨之改變的特點，利用預檢校獲得內(nèi)方位元素的具體變化規(guī)律，從而盡可能減少在校驗過程中未知數(shù)的出現(xiàn)，最終實現(xiàn)模型簡化等目標。這種方案的成本較低，而且總體的操作相對簡單易行，只需利用目標附近的影響和圖像間對應的關系來完成相機檢校，這樣的方案成本較低，整體操作也相對簡單易行，只需要使用一些軟件就能完成對相機進行校驗，而只需用一些軟件就能完成對圖像的檢測，這類方案的成本較低，整體操作相對簡單易行，只需使用一些接近目標的影響和圖像間對應的關系即可完成相機檢校，這樣的方案成本較低，整體操作相對簡捷，只適用于相機參數(shù)相對準確的影像效果。

2.物理校驗。對進行物理校驗時，需要將相機送到專業(yè)的校驗部門進行全面校驗。經(jīng)過實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，該方案所獲得的參數(shù)是比較精確的，借助于該相機的檢校參數(shù)，可以使空三加密精度得到較大提高[4]。但該方法也存在一定的缺陷，如：總體費用偏高，耗費的時間相對較長，極有可能對其他項目的航攝產(chǎn)生影響，而且還需要投入大量的資金用于運輸工作，而且運輸風險極高。

（二）基于測區(qū)特性優(yōu)化軟件結構

1.Pixelgrid 軟件。當前，Pixelgrid 軟件由于其極其穩(wěn)定的穩(wěn)定性和對其質(zhì)量的合理控制，在我國現(xiàn)有的空三軟件中得到了廣泛的應用，使其在我國現(xiàn)有的空三軟件中處于絕對領先地位[5]。利用 Pixelgrid 軟件對相關航測數(shù)據(jù)進行處理時，軟件對各個步驟進行了極其細致的劃分，程序整體比較穩(wěn)定，任何一個環(huán)節(jié)都可進行質(zhì)量控制以及人工干預，對無人機的飛行姿態(tài)無嚴格要求是其優(yōu)點，但其缺點是軟件極其細致的劃分，程序整體比較穩(wěn)定，任何一個環(huán)節(jié)都可進行質(zhì)量控制以及人工干預，對無人機的飛行姿態(tài)不嚴格要求是其優(yōu)點。

2.Inpho 軟件。與 Pixelgrid 軟件相比，Inpho 的表現(xiàn)更加出色，它是目前國內(nèi)極其先進和可靠的數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)。Inpho 軟件最突出的優(yōu)點是高度自動化和匹配精度，它的缺點也同樣顯著，如對無人機飛行姿態(tài)和地面紋理等極高的要求，在條件差的測量區(qū)域中，誤差匹配的概率明顯增加等。此外，該軟件對人工干預量的要求較低，難以保證復雜區(qū)域的加密精度。

常規(guī)航空攝影測量工作中，常常使用一種軟件對空三加密，所以常常有返工的現(xiàn)象，還有一些誤差超過極限點的誤差。并將上述兩種有明顯優(yōu)點的軟件結合[6]，以高效自動化的方式對無人機信息數(shù)據(jù)進行 Inpho 處理，充分展示出 Pixelgrid 所具有的控制特性，從而最大程度地優(yōu)化和完善資源配置，最終有效地提高生產(chǎn)效率。

五、結論

本文深入分析了無人駕駛飛機攝影測量的空三加密技術，并對提高其精度的方法進行了研究，借助于比較不相同的相機校驗方案，結合精度、成本投入、效率等因素，對軟件組合以及配置等進行了科學的優(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。通過一段時間的應用發(fā)現(xiàn)，空三加密技術完成了優(yōu)化工作，可以有效地解決無人機航攝測量工作中的精度偏低等問題，并且空三結果可完全滿足國家制定的1:1000 與1:2000 地形圖的精度標準，從而使航測的精度得到進一步提高?？傊疚膶o人機的航攝測量成圖等工作，提出了一種全新的思路和較為科學的方案，希望能對有關人員提供一些幫助。除此之外，我們深信，隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術的不斷完善和發(fā)展，未來測量的速度和精度將會有明顯的提高，從而促使測繪從數(shù)字化到信息化，從而推動測繪從數(shù)字化到信息化，最終在我國的建設工作中發(fā)揮不可替代的作用。