楊智博

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GPS輔助無人機(jī)航空攝影在大比例尺測(cè)圖中的應(yīng)用

楊智博

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002）

結(jié)合實(shí)際介紹了無人機(jī)航攝系統(tǒng)的發(fā)展的相關(guān)理論、技術(shù)方法等，論證了利用無人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠滿足1∶1 000地形圖的精度要求，闡述了其生產(chǎn)流程，探討了像片控制點(diǎn)密度和GPS輔助數(shù)據(jù)對(duì)成圖精度的影響。

GPS輔助；無人機(jī)；航空攝影；大比例尺地形圖

1 無人機(jī)大比例尺測(cè)圖關(guān)鍵技術(shù)

GPS輔助空中三角測(cè)量是利用裝在飛機(jī)上的GPS信號(hào)接收機(jī)連續(xù)的觀測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，通過GPS載波相位測(cè)量差分定位技術(shù)的離線數(shù)據(jù)后處理獲取航攝儀曝光時(shí)刻設(shè)站的三維坐標(biāo)，然后將其視為附加觀測(cè)值引入攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差中，經(jīng)采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和算法以整體確定點(diǎn)位并對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定的理論、技術(shù)和方法。

2 GPS無人機(jī)系統(tǒng)

本次試驗(yàn)所用的SKY-27型無人機(jī)系統(tǒng)的整體組成：無人機(jī)航攝平臺(tái)、航攝儀、飛控系統(tǒng)、差分GPS、地面站系統(tǒng)。全系統(tǒng)需操作人員4名：機(jī)長、駕駛員、任務(wù)設(shè)備操作員（導(dǎo)航員）、飛行助手，也可視情況適量增減人員。

3 GPS輔助的無人機(jī)航攝數(shù)據(jù)獲取

3.1 測(cè)區(qū)概況

處于北緯43°59′25″～44°39′00″，東經(jīng)87°17′42″～87°43′15″。城區(qū)南距烏魯木齊市33 km，西距昌吉23 km，東距阜康55 km。地貌形態(tài)南高北低，由南向北傾斜坡降0.5‰～2.5‰，海拔420～530 m。

3.2 航線設(shè)計(jì)

根據(jù)作業(yè)任務(wù)和低空數(shù)字航空攝影規(guī)范要求，利用地面監(jiān)控站軟件對(duì)待航攝測(cè)區(qū)進(jìn)行航攝技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)。其中測(cè)圖比例尺為1∶1 000，攝區(qū)設(shè)計(jì)GSD為0.09 m，相對(duì)航高為337 m，航向重疊度為80%，旁向重疊度為60%.

3.3 飛行作業(yè)

3.3.1 任務(wù)準(zhǔn)備階段

選擇起降場(chǎng)地，確定特情處理方案，做好無人機(jī)系統(tǒng)的檢測(cè)和調(diào)試工作，事先制訂航攝方案設(shè)計(jì)航線。

3.3.2 執(zhí)行任務(wù)階段

完成無人機(jī)的組裝和檢查工作，系統(tǒng)檢測(cè)調(diào)試，任務(wù)航線發(fā)送至飛控，檢測(cè)完全正常后，發(fā)動(dòng)起飛。地面站實(shí)時(shí)顯示無人機(jī)的飛行航跡、飛行參數(shù)。數(shù)碼相機(jī)根據(jù)航線的設(shè)置自動(dòng)拍照。

3.3.3 返航回收階段

任務(wù)完成后，無人機(jī)自動(dòng)返航到降落場(chǎng)地上空盤旋下降，到達(dá)一定高度后在合適位置遙控?zé)o人機(jī)傘降著陸。著陸后，導(dǎo)航員轉(zhuǎn)存照片和下載POS數(shù)據(jù)。地勤人員立即進(jìn)行航后檢查、檢測(cè)、擦拭，并拆卸后裝入專用包裝箱內(nèi)。

3.4 數(shù)據(jù)檢查

3.4.1 飛行質(zhì)量檢查

本次成果質(zhì)量檢查，檢查結(jié)果如下：旁向重疊度61%；航向重疊度80%；傾角（占測(cè)區(qū)像片數(shù)的百分比）優(yōu)于5°的占90%；旋偏角（占測(cè)區(qū)像片數(shù)的百分比）優(yōu)于15°的占99.7%.

3.4.2 影像質(zhì)量檢查

先檢查POS數(shù)與照片數(shù)是否一致，抽查轉(zhuǎn)彎處POS是否和照片匹配，再對(duì)單片原始影像進(jìn)行檢查。檢查要求如下：①影像應(yīng)清晰，層次豐富，反差適中，色調(diào)柔和；②影像上不應(yīng)有云、云影、煙、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷；③確保因飛機(jī)地速的影響，在曝光瞬間造成的像點(diǎn)位移動(dòng)一般不應(yīng)大于1個(gè)像素，最大不應(yīng)大于1.5個(gè)像素；④成果影像不能曝光過度，不能過黑，不能發(fā)虛。經(jīng)檢查此次航飛原始影像滿足上述要求，可轉(zhuǎn)入下一環(huán)節(jié)。

3.5 像片控制點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量

3.5.1 像控點(diǎn)的布設(shè)

本次試驗(yàn)像片控制點(diǎn)布設(shè)方案是按1 km等間距布設(shè)，由于測(cè)區(qū)邊界不規(guī)則，在凹凸處也加設(shè)像控點(diǎn)。

3.5.2 像控點(diǎn)的判刺和整飾及測(cè)量

野外控制點(diǎn)應(yīng)該以判點(diǎn)為主，刺點(diǎn)為輔。平高控制點(diǎn)的實(shí)地判點(diǎn)精度為圖上0.1 mm。點(diǎn)位應(yīng)選在高程變化較小，且清晰易判的地物目標(biāo)。電子版整飾時(shí)，點(diǎn)位指示要明確，點(diǎn)位描述要準(zhǔn)確，尤其是高程描述，備注好刺點(diǎn)者、檢查者姓名。

4 數(shù)據(jù)處理及精度分析

4.1 差分GPS數(shù)據(jù)的解算

具體算法為：①提取移動(dòng)站數(shù)據(jù)；②GPS基準(zhǔn)站文件轉(zhuǎn)換；③GPS移動(dòng)站站文件轉(zhuǎn)換；④基準(zhǔn)站位置計(jì)算；⑤載波相位差分處理；⑥輸入相機(jī)與GPS相對(duì)位置參數(shù)；⑦提取GPS數(shù)據(jù)。

4.2 空三加密數(shù)據(jù)解算

空三解算流程：GPS數(shù)據(jù)解算→內(nèi)定向→相對(duì)定向→絕對(duì)定向→區(qū)域網(wǎng)平差→結(jié)果輸出。

4.3 地形圖制作

制作步驟：①以空三加密的成果為基礎(chǔ)，生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)和DOM數(shù)據(jù)；②點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，過濾掉非地面點(diǎn)，生成DEM和等高線；③DOM數(shù)據(jù)的矢量化；④將矢量化的數(shù)據(jù)與等高線數(shù)據(jù)進(jìn)行套合，進(jìn)行最后的編輯與整飾，最終成產(chǎn)出滿足1∶1 000地形圖精度要求的產(chǎn)品。

5 精度分析

本次試驗(yàn)總共抽取了54個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，平面坐標(biāo)和高程檢測(cè)位置相同，這些點(diǎn)分布在容易檢測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)上，主要分布在路邊線、房角、井蓋中心、圍墻等上面。以外業(yè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為真實(shí)坐標(biāo)，作為檢測(cè)的真實(shí)精度，航測(cè)內(nèi)業(yè)測(cè)量的坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

5.1 平面精度分析

平面中誤差分布情況如圖1所示。《CHT9008.1—2010基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500 1∶1 000 1∶2 000數(shù)字線

劃圖》要求平面中誤差要小于0.3 m。由圖1可看出，最大誤差為0.19 m，最小為0.04 m，平面中誤差為0.11 m，因此測(cè)圖成果精度符合規(guī)范要求。

5.2 高程精度分析

高程中誤差分布情況如圖2所示?！禖HT9008.1—2010基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500 1∶1 000 1∶2 000數(shù)字線

劃圖》要求高程中誤差要小于0.2 m。由圖1可看出，最小誤差為0.1 m，最大誤差為0.3 m，其中誤差為0.18 m，因此測(cè)圖成果精度符合規(guī)范要求。

6 結(jié)論

本文通過介紹GPS輔助無人機(jī)航空攝影的工藝流程，結(jié)合實(shí)例得出結(jié)論：①GPS輔助無人機(jī)航空攝影生產(chǎn)1∶1 000比例尺地形圖具有可行性；②在GPS輔助無人機(jī)航空攝影中1 km均勻布設(shè)一個(gè)像控點(diǎn)能滿足1∶1 000地形圖成圖規(guī)范要求；③GPS輔助無人機(jī)航空攝影在大比例尺測(cè)圖中能極大地提高生產(chǎn)效率，減少外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本。

圖1 平面中誤差分布圖

圖2 高程中誤差分布圖

［1］張劍清，潘勵(lì)，王樹根.攝影測(cè)量學(xué)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

［2］袁修孝，高宇，鄒小容.GPS輔助空中三角測(cè)量在低空航測(cè)大比例尺地形測(cè)圖中的應(yīng)用［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，37（11）：1291-1293.

［3］張繼紅.無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，36（26）：45-47.

［4］孫曉華，朱長春.GPS輔助空中三角測(cè)量原理及應(yīng)用［J］.太江西測(cè)繪，2010，22（1）：30-31.

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕

2095－6835（2018）19－0154－02

P231.2

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.19.154