王俊 鄒萌 楊瑩

(1.河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003；2.許昌奇升測(cè)繪有限公司，河南 許昌 461000）

測(cè)繪是國(guó)家建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，更快更有效地獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一直是行業(yè)熱點(diǎn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的航空攝影技術(shù)體現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、成本較低、飛行空域不需要審批、不受起飛條件限制，分辨率高，信息采集精度一般為0.1～0.4米高分辨率；平臺(tái)可重復(fù)使用，且不存在時(shí)間間隔，便于信息的連續(xù)獲??；靈活性高，可執(zhí)行無(wú)人區(qū)和高危區(qū)空間信息采集任務(wù)等。本次試驗(yàn)采用河 南省測(cè)繪工程院自主研發(fā)的GCY-3號(hào)固定翼無(wú)人機(jī)，飛行姿態(tài)穩(wěn)定，航拍時(shí)間較長(zhǎng)，作業(yè)面積大，影像質(zhì)量清晰，對(duì)后期的空三加密有很大優(yōu)勢(shì)。以測(cè)區(qū)1∶500地形圖為例，結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際，介紹了無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量應(yīng)用于1∶500測(cè)圖的實(shí)踐過(guò)程，并對(duì)精度進(jìn)行了分析。

1 無(wú)人機(jī)平臺(tái)及傳感器參數(shù)

1.1 無(wú)人機(jī)平臺(tái)參數(shù)

試驗(yàn)采用無(wú)人機(jī)的詳細(xì)參數(shù)如表1、表2所示。

表1 作業(yè)參數(shù)

表2 無(wú)人機(jī)配置硬件參數(shù)

1.2 傳感器參數(shù)

測(cè)區(qū)航飛采用賓得645D相機(jī)，賓得645D是一款中畫(huà)幅級(jí)別的數(shù)碼相機(jī)，采用最新的PRIME Ⅱ影像處理器，有效像素高達(dá)4000萬(wàn)，經(jīng)測(cè)試畸變精度更標(biāo)準(zhǔn)。具體參數(shù)如表3所示。

表3 相機(jī)參數(shù)

2 無(wú)人機(jī)低空航攝

測(cè)區(qū)位于桐柏縣安鵬鎮(zhèn)建成區(qū)及化工城區(qū)域，高層建筑占3/4，總面積約10平方公里,分辨率0.05米，地勢(shì)相對(duì)平坦。無(wú)人機(jī)通過(guò)滑跑升空，滑跑降落回收。

2.1 技術(shù)設(shè)計(jì)方案

為滿足測(cè)繪市場(chǎng)對(duì)無(wú)人機(jī)精度的需求，檢驗(yàn)無(wú)人機(jī)低空攝影對(duì)地形圖測(cè)繪的精度要求，選擇平坦地形作為試驗(yàn)區(qū)[1]，進(jìn)行1∶500地形圖航空攝影測(cè)量。為確保影像質(zhì)量，按照《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影規(guī)范》（GB/T 6962—2005）設(shè)計(jì)技術(shù)方案。地面分辨率為0.05米。航線按常規(guī)方法設(shè)計(jì)，平行于測(cè)區(qū)邊界線的首末航線一般設(shè)計(jì)在測(cè)區(qū)邊界線上或邊界線外，確保測(cè)區(qū)邊界實(shí)際覆蓋不少于像幅的30%。在便于施測(cè)像片控制點(diǎn)及不影響內(nèi)業(yè)正常加密時(shí)，旁向超出測(cè)區(qū)邊界線不少于像幅的15%，可視為合格。考慮飛行中航線及姿態(tài)的保持情況，要相應(yīng)地增加旁向重疊率[2]。

2.2 航線規(guī)劃

根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況，航線設(shè)計(jì)相機(jī)焦距為35 mm，相對(duì)航高為288 m，分辨率為0.05 m，航帶間隔為240 m，相機(jī)拍攝間隔為131 m。

3 像片控制點(diǎn)布設(shè)和空三加密

3.1 像片控制點(diǎn)布設(shè)

測(cè)區(qū)利用無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)，采用區(qū)域網(wǎng)像控布點(diǎn)。為滿足《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》（GB/T 7931—2008），像片平面控制點(diǎn)和高程控制點(diǎn)相對(duì)鄰近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不應(yīng)超過(guò)地物點(diǎn)平面位置的1/2，高程控制點(diǎn)和平面控制點(diǎn)相對(duì)鄰近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的高程中誤差不應(yīng)超過(guò)基本等高距的1/10[3-4]。區(qū)域網(wǎng)大小為12條航線和140條基線，像控點(diǎn)采用GPS RTK進(jìn)行測(cè)量。測(cè)區(qū)共布設(shè)110個(gè)像控點(diǎn)，24個(gè)檢查點(diǎn)。1、3、5航線上下刺像控點(diǎn)，2、4、6航線左右刺像控點(diǎn)。像控點(diǎn)一般應(yīng)布設(shè)在航向及旁向六片或五片重疊范圍內(nèi)，確保盡量公用。

3.2 空三加密

空中三角測(cè)量采用JX4數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站進(jìn)行空三加密，限差設(shè)定值是按《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)規(guī)范》（GB／T 7930—2008）中關(guān)于內(nèi)定向、絕對(duì)定向的限差的一半來(lái)要求的；采用半自動(dòng)作業(yè)直接選取標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位（測(cè)圖定向點(diǎn)，也叫人工點(diǎn)），然后用數(shù)字影像匹配技術(shù)產(chǎn)生大量的同名點(diǎn)（自動(dòng)點(diǎn)），最后人工點(diǎn)、自動(dòng)點(diǎn)一起平差計(jì)算[5-6]，通過(guò)光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差得到加密點(diǎn)成果。將空三加密成果導(dǎo)入立體測(cè)圖，對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行檢查。

通過(guò)立體反像控，對(duì)誤差較大的點(diǎn)進(jìn)行原始像控核對(duì)，空三再對(duì)粗差點(diǎn)較大的點(diǎn)進(jìn)行立體核對(duì)，滿足規(guī)范要求的輸出成果。

4 地形圖數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)在全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件JX4系統(tǒng)上進(jìn)行地形圖要素?cái)?shù)據(jù)采集，在全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站上進(jìn)行立體采集地形要素?cái)?shù)據(jù)時(shí)[7]，要求在像對(duì)定向中將加密后的像控成果直接導(dǎo)入測(cè)圖工作站。內(nèi)業(yè)測(cè)繪時(shí)應(yīng)根據(jù)影像上地物的構(gòu)像所形成的幾何特性和物理特性，如形狀、大小、色調(diào)、陰影和相互關(guān)系等[8]，來(lái)識(shí)別地物內(nèi)容和實(shí)質(zhì)，確定所有地物的輪廓特征。對(duì)立體判讀有疑問(wèn)的影像要加注說(shuō)明，盡量為下一工序提供準(zhǔn)確、可靠、完整的數(shù)據(jù)[9]。在最后的采集初編圖中，測(cè)定的點(diǎn)狀地物要在其幾何位置中心，線狀地物要連續(xù)，面狀地物的外圍邊線要連續(xù)且使圖斑封閉。

由于本測(cè)區(qū)處于平原地區(qū)，高層建筑占3/4，為檢測(cè)成果的可靠性，在測(cè)區(qū)不同區(qū)域采用GPS RTK采集30個(gè)明顯地物點(diǎn),對(duì)內(nèi)業(yè)成圖數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。檢測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)差值統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 檢測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)差值統(tǒng)計(jì)表

對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)字地形圖中的30處地物點(diǎn)精度進(jìn)行評(píng)定，依據(jù)《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》（GB/T 24356—2009）規(guī)定，檢測(cè)地物點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差的計(jì)算公式，按高精度檢測(cè)，其中誤差計(jì)算為：

按照《城市測(cè)量規(guī)范》（CJJ/T 8—2011）6.1.6條規(guī)定的限差0.5×M=0.5×500=250（mm），本次測(cè)繪1∶500比例尺數(shù)字地形圖，在采用無(wú)人機(jī)航測(cè)成圖時(shí)，經(jīng)檢測(cè)地物點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于地形圖成圖規(guī)定的中誤差，即在被測(cè)地物滿足無(wú)人機(jī)航飛要求的條件下，采用無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)測(cè)繪1∶500比例尺數(shù)字地形圖是可行的。

5 影響無(wú)人機(jī)航測(cè)精度的因素

（1）天氣狀況對(duì)飛行器姿態(tài)和成像質(zhì)量的影響而產(chǎn)生誤差。（2）人的感官鑒別能力、技術(shù)水平和工作態(tài)度等因素帶來(lái)的誤差，以及外業(yè)像控和像控識(shí)別、空三加密、立體采集產(chǎn)生的人為誤差。（3）相機(jī)檢校是影響精度的主要原因，目前選用的是中幅面CCD作為傳感器的感光單元，經(jīng)過(guò)加固和電路改裝以后，成為具有穩(wěn)定內(nèi)方位元素的數(shù)碼相機(jī)[9-10]。隨著航飛架次增多，相機(jī)的感光單元會(huì)偏移越來(lái)越大，精度誤差會(huì)更大，畸變差的存在使測(cè)量成果無(wú)法滿足精度要求。（4）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集分為空三加密與立體量測(cè)。像控點(diǎn)識(shí)別與判讀會(huì)與外業(yè)實(shí)際位置產(chǎn)生誤差，空三加密也會(huì)有誤差，還有立體采集量測(cè)時(shí)的切準(zhǔn)誤差等。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了無(wú)人機(jī)應(yīng)用于城鎮(zhèn)居民區(qū)大比例尺地形圖中的作業(yè)流程和精度報(bào)告，利用無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)、快速航攝等特點(diǎn)，獲取高分辨率的影像，通過(guò)后期技術(shù)處理，進(jìn)行地形圖測(cè)量，試驗(yàn)精度完全滿足要求。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量是測(cè)繪行業(yè)快速獲取數(shù)據(jù)的一種新技術(shù)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的完善，相機(jī)的分辨率會(huì)越來(lái)越高，精度越來(lái)越有保證，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。