何碧波，倪 峰，鄭明燈

（1.湖北省測繪地理信息局測繪應急保障中心，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

無人機航測若干問題分析

何碧波1，倪 峰2，鄭明燈2

（1.湖北省測繪地理信息局測繪應急保障中心，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

根據(jù)生產(chǎn)實際，針對無人機搭載非量測相機進行機航攝時存在高程誤差超限的問題進行了分析，提出了解決方法，最終結果滿足規(guī)范要求，具有一定的生產(chǎn)應用價值。

無人機；航測；航空攝影；內(nèi)方位元素

近年來，無人機作為一種新型遙感平臺，廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)村土地利用調(diào)查、作物長勢監(jiān)測、城市管理、國防事業(yè)等領域。無人機航空攝影測量可以快速、機動、靈活地獲取項目區(qū)域的航空影像，無人機航空攝影雖然能夠快速滿足小面積、大比例尺地形圖繪制的需要，但效果往往不夠理想。本文結合洪湖市汊河鎮(zhèn)1∶2 000無人機航測項目，通過對其結果的歸納分析，提出了解決方案。

1 項目實施

本次項目區(qū)域位于湖北省洪湖市，屬于平原地區(qū)，項目要求完成汊河鎮(zhèn)1∶2 000地形圖繪制，面積約4 km2，由于面積較小，此次采用固定翼無人機作為飛行平臺，搭載加固并檢校過的Canon EOS 5D MarkII數(shù)碼相機作為傳感器，單幅影像大小為5 616×3 744 像素，鑒定主距為35．513 mm，采用無地面基站機載GPS輔助航攝技術進行航空攝影。測圖航線設計航高為真高550 m，地面實際分辨率為0．1 m，構架航線設計航高為真高630 m，地面實際分辨率為0．12 m。共設計測圖航線10條，為第18-27航線；構架航線2條，分別為第28、29條航線，實際攝影面積為6．3 km2，見圖1。

由于采用機載GPS輔助航攝技術進行航空攝影，故僅需在加密測區(qū)四角布設相片控制點，4個相片控制點為：P8801、P8617、P8815和P8602。為了評價加密精度，還布設了10個檢查點，每個相片控制均有明顯地面標志物選刺，并利用RTK和湖北CORS站進行相片控制測量。

機載GPS數(shù)據(jù)下載后，聯(lián)合17 h的快速星歷進行解算，最后根據(jù)每張相片曝光的GPS時刻內(nèi)插出每張相片的外方位元素的線元素[1-3]。

空三平差采用WuCaps聯(lián)合平差程序系統(tǒng)進行，平差后的外方位元素導入數(shù)字攝影測量工作站后再進行航測內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集。在外業(yè)調(diào)繪基礎上還利用了RTK對明顯建筑物進行了平面測量，共測得房角、水渠角等明顯標志物46個，項目區(qū)的高程根據(jù)內(nèi)業(yè)采集點位利用RTK進行實測[4]。

圖1 汊河鎮(zhèn)航線及像控分布圖

2 精度及問題分析

1）空三精度分析?？杖讲詈蟮南窨攸c和檢查點的平面與高程余差情況見表1。

從表1中空三加密像控點、檢查點的余差情況看，平面余差小于0．8 m，滿足1∶2 000航測加密要求；高程余差不能夠滿足1∶2 000航測加密要求。

2）成圖平面精度。利用外業(yè)測量的46個平面地物檢查點坐標，在CAD環(huán)境下與航測內(nèi)業(yè)地形圖進行比對，圖上點與實測點平面中誤差為0．75 m，小于規(guī)范要求的1．2 m，其中最小誤差0．22 m，最大誤差1．24 m。

由于空三加密像控點與檢查點的高程誤差超過規(guī)范要求，所以，此次地形圖高程點全部采用外業(yè)RTK實測的方式進行，作業(yè)人員按照地形圖上的高程點的點位進行實際測量，共實測高程點103個，與航內(nèi)采集到的高程點在CAD下進行精度統(tǒng)計，圖面點與實測點的高程中誤差為0．73 m（規(guī)范要求0．4 m），最大誤差1．66 m。從本次項目的空三加密余差結果和最終地形圖成圖誤差情況來看，空三平差的精度情況與地形圖成圖精度情況相一致，其平面精度滿足規(guī)范要求，而高程精度達不到規(guī)范要求。

表1 像控點、檢查點余差

由于無人機在飛行過程中，飛行姿態(tài)受氣流等外界因素的影響，拍攝時相機傾角過大，從而對模型高程面造成一定的扭曲，是導致高程誤差超限的原因之一；另外，由于民用相機鏡頭和機身部分在飛行過程中受飛機的振動以及氣溫變化的影響，相機內(nèi)方位元素發(fā)生了改變，從加密結果可以看出，部分連續(xù)相片的相機主距變化能達到2%，這也在一定程度上也影響了航測的高程精度[5]。所以通過無人機搭載非量測相機航攝的方式，盡管在攝影前后對相機進行了標定，也不能保證在攝影過程中內(nèi)方位元素的穩(wěn)定，因此難以獲得理想的航測高程精度[6]。

在一般情況下，數(shù)碼攝影完成的1∶2 000地形圖底圖影像實際分辨率在0．20 m左右，本項目采用無人機搭載普通數(shù)碼相機將地面實際分辨率提高到了0．10 m左右，從加密和成圖精度檢測的結果來看，能夠滿足1∶2 000地形圖平面精度要求的[7]。

3 結 語

利用無人機搭載檢校后的普通數(shù)碼相機并采用機載GPS輔助航攝可以滿足1∶2 000地形圖成圖的平面精度，但由于飛行姿態(tài)和相機內(nèi)方位元素不穩(wěn)定，高程精度不能滿足相應技術規(guī)范的要求。針對小面積或局部地形圖補測等應急測繪工作，可采用無人機搭載GPS輔助航攝技術進行航測項目生產(chǎn)，但其高程必須利用外業(yè)實測來完成，具有一定的生產(chǎn)應用價值。

[1] 張祖勛, 張劍清．數(shù)字攝影測量學[M]．武漢: 武漢大學出版社,1997

[2] 袁修孝,高宇,鄒小榮．GPS輔助空中三角測量在低空航測大比例尺地形圖成圖中的應用[J]．武漢大學學報（信息科學版）,2012,37(11):1 289-1 293

[3] 黃世德．航空攝影測量學[M]．北京:測繪出版社,1987

[4] 李征航,黃勁松．GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M]．武漢:武漢大學出版社,2003

[5] 馮文灝．關于近影機景攝檢校的幾個問題[J]．測繪科學,2000 (6):13

[6] 柏飛．影響無人機航測高程精度分析[J]．測繪技術裝備,2014(3):92-93

[7] GB 7930-2008．1：500 1：1 000 1：2 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范[S]．

P237

B

1672-4623（2016）12-0013-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12.005

何碧波，高級工程師，主要從事測繪地理信息技術工作、測繪項目生產(chǎn)管理工作。

2016-05-03。