張金華，王同行，謝 恬，符史勇

(1.海南省海洋監(jiān)測預報中心，海口 海南570206，2.?？谑泻Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測中心，海口 海南 570105)

1 引言

此次作業(yè)采用的名為大白的ZW3 機型無人機，采用GPS+GLONASS 衛(wèi)星導航系統(tǒng)［1］，集成的機載傳感器獲取航向，速度，姿態(tài)等數據［2］，機載GPS 接收機飛行定位精度為±5 m，照片重疊率為縱向(飛行航向)為80%，橫向70%，飛行高度600 m，影像分辨率0.2 m，飛行后的數據以Pix4D Mapper 為圖像處理平臺，圖像處理后的控制點坐標獲取、點位精度分析在ArcGIS 9.3 軟件平臺上完成［3］。

海域無人機飛行區(qū)域一般為沿岸線的長方形區(qū)域。海南省多沙灘和防風林，具有特征地物少，控制點難以選取的特點。本次飛行區(qū)域選取海南省東方市魚鱗洲沿海區(qū)域為飛行作業(yè)區(qū)。該區(qū)域南北長12 km，東西寬3 km。該區(qū)域作為實驗區(qū)域的優(yōu)點有:①有兩條大體平行、相距1 開幕左右的公路貫穿整個實驗區(qū)域;②公路上及周邊遮擋較少，且行人不多，適合設置控制點，同時控制點可以分布均勻，分布圖如圖1 所示。其中，整個飛行作業(yè)區(qū)分為控制區(qū)、檢驗區(qū)兩部分?？刂茀^(qū)為1－10 控制點覆蓋相關區(qū)域，南北長4 km，東西3 km;檢驗區(qū)為11－17 控制點覆蓋相關區(qū)域，南北長8 km，東西寬3 km。在分析中，以控制區(qū)控制點的數量變化來分析無人機影像成果精度的變化。具體為無控制點參與解算成果，日常作業(yè)控制點數量、分布參與解算成果，1－10 號控制點參與解算的控制點能夠均勻布設整個控制區(qū)的解算成果。為了使1－10 號控制點分布比較均勻，控制點設置采用噴漆的方式，紅色圓點，直徑60 cm。

圖1 區(qū)域分布圖

2 數據獲取及處理流程

數據獲取及處理流程如圖2 所示。

圖2 流程圖

3 絕對定位精度誤差對比分析

本次實驗共完成了3 組數據，并進行對比分析。采用坐標系為CGCS2000 坐標系，采用南方S86－T接收機，應用海南iCORS 平臺系統(tǒng)，控制點平面精度為±0.05 m，在檢定有效期內。以實際采集的控制點做為真值，根據生成的TIF 數據，捕捉這些控制點，獲得控制點坐標做為成果值與真值對比，分析在不同情況下的定位精度，具體情況如下。

無控制點參加解算，根據無人機的姿態(tài)定位數據進行處理，處理后的結果如表1，圖3 所示。

表1 1 組解算數據(單位:m)

圖3 1 組解算數據分布圖

1 號至5 號共5 個控制點參加解算(日常飛行一般沿海岸線方向，查找明顯地物作為控制點，點間距1 km，控制點基本為于沿海一線)，結果如表2，圖4 所示。

除去7 號的1 號—10 號分布均勻的9 個控制點參加解算(在添加控制點時發(fā)現(xiàn)7 號控制點因遮擋，無法辨別，因此其未參加解算)，結果如表3，圖5 所示。

表2 2 組解算數據(單位:m)

表3 3 組解算數據(單位:m)

圖4 2 組解算數據分布圖

圖5 3 組解算數據分布圖

4 誤差對比分析

(1)3 組數據存在很大的共性，即在Y 方向(航向方向)上的誤差在控制區(qū)能夠與X 方向(垂直于航向方向)基本相同，但是在檢驗區(qū)，該誤差會迅速激增，明顯高過X 方向誤差多倍。

(2)增加控制點并使其均勻分布于飛行作業(yè)區(qū)能夠有效地提高定位精度，控制區(qū)定位精度在±0.3 m 范圍內。

(3)無控制點參加解算整幅圖像定位精度基本一致，而有控制點參加解算的圖像數據精度在控制點覆蓋區(qū)域向外，誤差迅速增加，在1 km 處誤差已經達到1.5 m，而且隨著距離的增加，誤差不斷增大。

(4)根據中誤差公式計算可得，控制點的增加及分布的合理化，可以有效地提高定位精度。其中，在控制區(qū)域，中誤差減小到了0.124 m，為達到海籍調查規(guī)范中界址點所需精度提供可能。

4 相對精度誤差分析

4.1 數據對比如下，如表4，圖6 所示。

表4 數據對比表

圖6 數據對比圖

4.2 結果分析

(1)兩組數據對比發(fā)現(xiàn):在控制區(qū)，有均勻分布控制點參加解算，相對誤差最高為0.2 m，而無控制點數據誤差最高為1.7 m。但是同時發(fā)現(xiàn)，無控制點數據相對誤差整幅圖像比較穩(wěn)定，最高未超過3 m，而增加了控制點的數據最高確達到了6 m。這說明增加控制點后雖然有效的提高了控制區(qū)的定位精度，但對無控制點的區(qū)域則會引入誤差。

(2)根據上表誤差數據均為正值得出:無論有無控制點，整幅圖像均被拉伸。

5 結語

通過討論得知了海南省海域動態(tài)監(jiān)管無人機成果的定位精度，從中也得到了誤差變化的規(guī)律，為今后提高無人機作業(yè)成果定位精度提供了理論指導。以1 km 為間距的控制點分布區(qū)域內能達到海域使用面積測量規(guī)范得要求，如果要達到海籍調查規(guī)范中界址點精度優(yōu)于0.1 m 的要求［4］。因此，要進一步加密控制點、優(yōu)化網形。同時在研究中發(fā)現(xiàn)根據本次實驗的數據在一些方面無法討論，如因控制點較少，不能全面地分析誤差與控制點數量、分布的關系等。今后將持續(xù)關注該領域的論文成果，同時也會在今后的工作中，選取合適的地點、地形開展研究。

［1］譚雁英，周旗，張波，等.小型無人機航位推算定位算法研究與誤差分析［J］.火力與指揮控制，2007，32(5):8－15.

［2］宋英麟，鮮斌，茹濱超，等.無人機微型姿態(tài)航向系統(tǒng)數據處理［J］.中南大學學報(自然科學版)，2013，44(9):89－93.

［3］黨安榮，賈海峰，易善楨，等.ArcGIS 8 Desktop 地理信息系統(tǒng)應用指南［M］.北京:清華大學出版社，2005.

［4］李玉清.基于Pixelgrid 的無人機數據處理［J］.現(xiàn)代測繪，2013，36(2):36－38.

［5］中華人民共和國國家海洋局.HY/T 124－2009 海籍調查規(guī)范［S］，北京:中國標準出版社，2009.

［1］富立，劉文麗.無人機捷聯(lián)航姿系統(tǒng)磁航向誤差分析［J］.中國慣性技術學報，2007，15(6):650－652.

［2］張秋陽.無人機姿態(tài)測算及其誤差補償研究機械電子工程［D］.長沙:中南大學，2011.