宋曉紅

（河南省測(cè)繪地理信息局信息中心，河南 鄭州 450008）

1 引言

大比例尺無(wú)人機(jī)測(cè)繪是當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。 它可以更加機(jī)動(dòng)、快速地進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪和測(cè)繪成果的實(shí)時(shí)更新，相比數(shù)字化測(cè)圖能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，在一定程度上降低成本；相比于大飛機(jī)航測(cè)，更加靈活，使小范圍航測(cè)變成可能，成本更低；相對(duì)于固定翼無(wú)人機(jī)而言，多旋翼無(wú)人機(jī)操作簡(jiǎn)單，安全系數(shù)高，且?guī)в行⌒驮婆_(tái)，更有利于大比例尺測(cè)圖。 多旋翼無(wú)人機(jī)航測(cè)具有先天優(yōu)勢(shì)，如果在環(huán)境（風(fēng)力、晴空）良好的情況下，精度相對(duì)會(huì)提高很多，可以用來(lái)嘗試1：500 地形圖的測(cè)繪。但是，多旋翼無(wú)人機(jī)航測(cè)畢竟還處于發(fā)展階段，由于硬件以及不規(guī)范作業(yè)的影響，精度基礎(chǔ)比大飛機(jī)航測(cè)要差，影響因素更多。下面就影響多旋翼無(wú)人機(jī)大比例尺測(cè)圖精度的幾個(gè)因素和解決方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2 影響多旋翼無(wú)人機(jī)大比例尺測(cè)圖精度的幾個(gè)因素

2.1 航攝相機(jī)的成像質(zhì)量影響

多旋翼無(wú)人機(jī)大比例尺測(cè)圖精度影響最大的因素是其搭載的航攝相機(jī)。因受多旋翼無(wú)人機(jī)載重量的限制，大多搭載的是重量較輕的非量測(cè)型相機(jī)， 常用的有佳能5Dmark2、 佳能5Dmark3、索尼A7R 等。 非量測(cè)型相機(jī)的畸變差可以分為系統(tǒng)畸變差和隨機(jī)畸變差，其中，光學(xué)成像系統(tǒng)引起的畸變和CCD 縱橫方向排列的不垂直性引起的畸變差呈現(xiàn)一定的系統(tǒng)性， 表現(xiàn)為系統(tǒng)誤差；而CCD 組件引起的電學(xué)畸變以及空間排列不均勻有較強(qiáng)的隨機(jī)性，表現(xiàn)為隨機(jī)誤差。 非量測(cè)型相機(jī)相對(duì)專(zhuān)業(yè)量測(cè)相機(jī)而言，由其鏡頭和CCD 陣列引起的光學(xué)畸變較大，其徑向畸變差和偏心畸變差對(duì)后期成圖精度影響較大， 如果不進(jìn)行影像畸變糾正，成圖精度不能滿(mǎn)足大比例尺測(cè)圖要求。光學(xué)畸變差是影響像點(diǎn)坐標(biāo)質(zhì)量的一項(xiàng)重要誤差， 是影響多旋翼無(wú)人機(jī)大比例尺測(cè)圖精度的主要因素， 其航拍影像必須經(jīng)過(guò)處理糾正后才能應(yīng)用。

2.2 曝光方式和航飛方法影響

多旋翼無(wú)人機(jī)航攝時(shí)的飛行方法及曝光方式也是影響大比例尺測(cè)圖精度的因素之一。 不論是固定翼無(wú)人機(jī)還是多旋翼無(wú)人機(jī)，由于其尺寸較小，抗風(fēng)能力較弱，在航飛的時(shí)候，很難保證攝影航片的航偏角和傾角滿(mǎn)足航測(cè)測(cè)圖規(guī)范的要求。 固定翼無(wú)人機(jī)搭載有簡(jiǎn)單的GPS 和POS，但其精度較低，航攝的時(shí)候很難保證曝光點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，并且大都沒(méi)有搭載云臺(tái)，更難保證攝影時(shí)的姿態(tài)滿(mǎn)足要求。 多旋翼無(wú)人機(jī)也一樣，飛行中很難保證曝光點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，雖然搭載有云臺(tái)，但在其向前飛行時(shí)，其傾角較大，云臺(tái)改正效果不理想，且不穩(wěn)定，拍出來(lái)的片子邊緣模糊，影響航測(cè)成圖精度。

2.3 像控布設(shè)方法影響

由于無(wú)人機(jī)航空影像像幅小，航片之間的重疊度大，基線(xiàn)長(zhǎng)度較短，與常規(guī)航片比較，在同等面積情況下，無(wú)人機(jī)像片無(wú)論是航線(xiàn)數(shù)還是像片總數(shù)，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)航片。 依據(jù)原航空攝影測(cè)量規(guī)范布設(shè)野外像片控制點(diǎn)，則外業(yè)工作量成倍增加。 滿(mǎn)足測(cè)圖精度要求的像控點(diǎn)布設(shè)方案， 是利用無(wú)人機(jī)航攝影像測(cè)繪地形圖的關(guān)鍵。

2.4 后期數(shù)據(jù)處理影響

相對(duì)于有人機(jī)而言，無(wú)人機(jī)的小像幅，重疊率高，造成了相片數(shù)多， 后期處理內(nèi)外業(yè)工作量大。 處理方法直接影響成圖精度，一方面外業(yè)控制量翻倍增長(zhǎng)，另一方面內(nèi)業(yè)處理也相應(yīng)地增加，采集調(diào)用的模型數(shù)也成倍增長(zhǎng)。 此外，無(wú)人機(jī)相片存在航偏角較大的問(wèn)題，作業(yè)員在立體觀測(cè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生頭暈、惡心等反應(yīng)。相關(guān)單位做過(guò)實(shí)驗(yàn)， 當(dāng)觀測(cè)航偏角在18-25 度的大旋偏角立體模型時(shí)，作業(yè)員可能會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的不適感，甚至嘔吐，不能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作業(yè)，導(dǎo)致作業(yè)人員數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)，影響成圖精度。

3 多旋翼無(wú)人機(jī)大比例尺測(cè)圖精度影響因素的解決方法

3.1 原始航片畸變糾正

非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)不是專(zhuān)門(mén)為量測(cè)目的設(shè)計(jì)的， 其畸變性能與量測(cè)攝影機(jī)的畸變性能不完全相同。 常規(guī)的攝影測(cè)量方法采用建立數(shù)學(xué)畸變模型實(shí)現(xiàn)對(duì)畸變差的自檢校改正， 但這種方法忽略了隨機(jī)因素引起的數(shù)碼相機(jī)的畸變差。 而建立面積不同的準(zhǔn)二維控制場(chǎng)，測(cè)定各類(lèi)成像系統(tǒng)每個(gè)像素的總畸變，建立該影像專(zhuān)用的數(shù)字畸變模型， 以對(duì)各類(lèi)成像系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的各種畸變進(jìn)行總體補(bǔ)償，是一種不區(qū)分系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，對(duì)各種畸變一起改正的方法。 采用數(shù)字畸變模型糾正畸變差的本質(zhì)是糾正像素點(diǎn)的總體畸變， 而不區(qū)分畸變的來(lái)源是系統(tǒng)誤差還是隨機(jī)誤差。 采用數(shù)學(xué)模型糾正畸變差則認(rèn)為相機(jī)產(chǎn)生的畸變是由系統(tǒng)誤差引起的。 數(shù)字畸變模型的畸變差糾正精度與數(shù)學(xué)模型的畸變差糾正精度接近，但存在微小的偏差。 一般無(wú)人機(jī)的數(shù)碼相機(jī)的畸變差主要是由系統(tǒng)誤差引起， 只在邊緣點(diǎn)處存在很小的隨機(jī)畸變， 用常規(guī)的數(shù)學(xué)畸變模型進(jìn)行畸變糾正就能滿(mǎn)足要求。 目前市場(chǎng)上已有比較成熟的原始航片畸變糾正軟件，如航天遠(yuǎn)景的FlightMatrix，四維空間數(shù)碼的PixelGrid，都帶有糾正航片畸變的功能。

3.2 飛行線(xiàn)路及曝光方式設(shè)置

針對(duì)無(wú)人機(jī)航攝存在的缺點(diǎn)， 結(jié)合多旋翼無(wú)人機(jī)可以懸停的特點(diǎn)，在設(shè)置飛行線(xiàn)路時(shí)可以嚴(yán)格按照航攝航線(xiàn)要求來(lái)布設(shè)。同時(shí)可以降低多旋翼無(wú)人機(jī)的飛行速度， 用以提高曝光點(diǎn)坐標(biāo)精度。 同時(shí)在曝光點(diǎn)設(shè)置4 秒左右的懸停時(shí)間，多旋翼無(wú)人機(jī)在這幾秒當(dāng)中調(diào)整飛機(jī)的姿態(tài)， 使之能夠最大限度地滿(mǎn)足相機(jī)的參數(shù)調(diào)整， 直到完全滿(mǎn)足曝光條件才進(jìn)行拍攝， 相當(dāng)于靜止拍攝。 這樣即可克服固定翼飛機(jī)運(yùn)動(dòng)飛行中拍攝姿態(tài)不穩(wěn)、邊緣發(fā)虛的缺點(diǎn)，最大限度地提高拍攝質(zhì)量，從而克服由此帶來(lái)的精度損失問(wèn)題。

3.3 像控布設(shè)

多旋翼無(wú)人機(jī)航空影像像幅較小， 航片之間的重疊度也比較大，基線(xiàn)長(zhǎng)度較短。 為提高成圖精度，須提高像控點(diǎn)的分布密度、增加數(shù)量、提高聯(lián)測(cè)精度。因此，多旋翼無(wú)人機(jī)像片控制點(diǎn)宜采用全野外布點(diǎn)的方式， 也可用提前布標(biāo)靶的方式提高像控點(diǎn)的精度。

3.4 后期數(shù)據(jù)處理

無(wú)論是固定翼還是多旋翼無(wú)人機(jī)航測(cè)成圖， 其隨機(jī)配備的后期數(shù)據(jù)處理軟件大多都是用來(lái)獲取DOM 和DEM 的，如PHOTOMOD、PixelGrid-UAV、PIX4D、INPHO 等， 基本上很少能夠進(jìn)行測(cè)圖。 大比例尺測(cè)圖的軟件基本上還是JX4、VZ、航天遠(yuǎn)景這些常用的攝影測(cè)量工作站。 多旋翼無(wú)人機(jī)原始影像經(jīng)畸變糾正處理后，即可在攝影測(cè)量工作站進(jìn)行空三加密，生成立體像對(duì)，在模型上進(jìn)行測(cè)圖。

4 結(jié)語(yǔ)

影響多旋翼無(wú)人機(jī)大比例尺成圖精度的原因有多個(gè)方面，本文就其主要的4個(gè)方面的原因進(jìn)行簡(jiǎn)單探討， 也給出了改進(jìn)提高旋翼無(wú)人機(jī)大比例尺成圖精度的方法。不足之處，請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

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