張榮斌

（陜西渭河生態(tài)集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710068）

無人機(jī)航空攝影測(cè)量是近幾年把GPS動(dòng)態(tài)定位、無人機(jī)飛行平臺(tái)、圖像融合等技術(shù)匯集為一體的全新測(cè)繪技術(shù)。因生產(chǎn)成本低、外業(yè)強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)小、工作效率高、測(cè)繪精度高等優(yōu)勢(shì),廣泛應(yīng)用到測(cè)繪行業(yè)中。無人機(jī)垂直攝影技術(shù)是以無人機(jī)飛行平臺(tái)為載體,搭載單一垂直攝影相機(jī),即僅能獲取測(cè)區(qū)目標(biāo)物頂部的影像數(shù)據(jù)信息,但無法取得目標(biāo)物側(cè)面相關(guān)信息,在空三計(jì)算中側(cè)面信息不能參與影像匹配；無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是在無人機(jī)垂直攝影技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過配置多角度攝影相機(jī),即不僅可以獲取測(cè)區(qū)目標(biāo)物頂部的影像數(shù)據(jù)信息,而且還可以獲取多方向、多角度的目標(biāo)物側(cè)面影像數(shù)據(jù)信息,并在空三計(jì)算中參與影像匹配。

本文通過對(duì)CW-10 C無人機(jī)搭載的五拼傾斜相機(jī)同工程、同像控點(diǎn)布設(shè)、同架次飛行的條件,分別對(duì)只考慮垂直相機(jī)和同時(shí)考慮五個(gè)相機(jī)影像數(shù)據(jù)信息,對(duì)兩種模型精度進(jìn)行對(duì)比,并進(jìn)一步研究同工程、同架次飛行、不同像控點(diǎn)布設(shè)對(duì)傾斜攝影模型精度的影像。

1 CW-10C無人機(jī)搭載五拼傾斜相機(jī)主要參數(shù)

縱橫無人機(jī)開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)垂直起降航測(cè)無人機(jī)的先河,CW-10 C無人機(jī)翼展2.6 m、機(jī)身長(zhǎng)度l.6 m、最大續(xù)航時(shí)間90 min、最大起飛重量12 kg、最大任務(wù)荷載l kg、最佳巡航速度120 km/s、最大飛行高度4000 m,抗風(fēng)能力5級(jí)；搭載圖像最高分辨率6000×4000單片2430萬像素、總像素1.2億、像元3.90 μm、傳感器尺寸23.5 mm×15.6 mm的五組Sony IlCE-5100 鏡頭,其中正射鏡頭焦距20.0 mm,側(cè)向四鏡頭焦距35.0 mm。

2 測(cè)區(qū)情況及研究分析

（1）測(cè)區(qū)地貌及飛行情況

本研究測(cè)區(qū)范圍長(zhǎng)約5.0 km,寬約1.2 km,屬于黃土溝壑地貌,最低點(diǎn)海拔1000 m,最高點(diǎn)海拔1250 m,測(cè)區(qū)高差250 m,起飛點(diǎn)海拔為1120 m,飛行相對(duì)航高300 m,飛行面積為6.0 km2,規(guī)劃航線10 條,總長(zhǎng)度為60 km,航線間距140 m,基線長(zhǎng)度50 m,航向重疊率75%,旁向重疊率65% ,最低點(diǎn)分辨率為0.08 m。

（2）測(cè)區(qū)像控布設(shè)情況

本次像控按照航向、旁向均400 m間距均勻布設(shè),全部采用地面布設(shè)方式,像控點(diǎn)為“L”形白色地標(biāo),其航跡及像控點(diǎn)布設(shè)見圖1。布設(shè)像控地標(biāo)點(diǎn)56 個(gè),地標(biāo)平高檢查點(diǎn)10 個(gè),采集特征地形點(diǎn)35 個(gè)。

圖1 航跡、像控點(diǎn)示意圖

（3）建模和數(shù)據(jù)采集方式

本文采用垂直相機(jī)影像數(shù)據(jù)和采用傾斜攝影的五個(gè)相機(jī)全部影像數(shù)據(jù)兩種形式,分別進(jìn)行空三和建模。建模時(shí)分別按航向、旁向均400 m的間距選取全部56 個(gè)像控點(diǎn)和航向800 m、旁向均400 m的間距選取32 個(gè)像控點(diǎn)兩種情況進(jìn)行。只采用垂直相機(jī)影像數(shù)據(jù)時(shí),采用Pix4 d軟件進(jìn)行空三解算、航天遠(yuǎn)景mapmaTrix軟件建立模型后,進(jìn)行全部檢查的三維坐標(biāo)的采集；采用傾斜攝影全部相機(jī)影像數(shù)據(jù)時(shí),采用ContextCaptvre（smart3 D）軟件進(jìn)行空三解算和建模、清華三維Eps軟件采集全部檢查的三維坐標(biāo)。

（4）不同測(cè)繪方式精度對(duì)比

兩種不同像控布設(shè)和攝影測(cè)量方式的檢查點(diǎn)采集數(shù)據(jù),以及采用GPS-RTK實(shí)測(cè)的工程數(shù)據(jù)的對(duì)比見表1。

表1 像控檢查點(diǎn)精度測(cè)試統(tǒng)計(jì)表 單位：m

從表1統(tǒng)計(jì)表中可以看出:

1）相同像控布設(shè)情況下,兩種攝影測(cè)量在平面精度方面,差異不大,但在高程方面傾斜攝影測(cè)量遠(yuǎn)優(yōu)于垂直攝影測(cè)量；

2）隨著像控布設(shè)間距變大,兩種模型平面和高程精度均衰減,但平面精度衰減小于高程精度衰減,傾斜攝影測(cè)量高程精度衰減遠(yuǎn)小于垂直攝影測(cè)量;

3）像控間距航向400 m、旁向400 m方案,兩種模型平面中誤差滿足1∶1000 精度要求,高程中誤差≤1/3 h（h取1.0 m）精度要求；

4）像控間距航向800 m、旁向400 m方案,兩種模型平面中誤差滿足1∶1000 精度要求,高程中誤差≤1/3 h（h取1.0 m）精度要求,但特征地形點(diǎn)有1個(gè)高程較差＞0.5 m。

為進(jìn)一步研究?jī)A斜攝影像控布設(shè)與精度關(guān)系,本次還進(jìn)行像控間距航向、旁向均1200 m,以及選取航線1-7 的相關(guān)影像數(shù)據(jù)和像控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行像控間距航向、旁向均800 m,航向1200 m、旁向800 m三種方案分析,并在三種方案進(jìn)行空三解算和建模時(shí),均增加1個(gè)測(cè)區(qū)中心像控點(diǎn)參與解算。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。

從表2 統(tǒng)計(jì)表中可以看出:

表2 像控檢查點(diǎn)精度測(cè)試統(tǒng)計(jì)表 單位：m

1）在4種不同像控布設(shè)方案下,傾斜攝影測(cè)量建立的三維模型平面和高程精度,隨著像控間距的增加而衰減。

2）像控間距航向800 m、旁向800 m方案,三維模型平面中誤差滿足1∶1000 精度要求,高程中誤差≤1/3h（h取1.0 m）精度要求。

3）像控間距航向1200 m、旁向800 m方案,三維模型平面中誤差仍然滿足1∶1000精度要求,高程中誤差≤1/3 h（h取1.0 m）精度要求,但特征地形點(diǎn)有2 個(gè)高程較差＞0.5 m。

3 結(jié)論及建議

通過兩種不同攝影測(cè)量方式及不同像控布設(shè)方案,對(duì)測(cè)量模型精度對(duì)比研究和統(tǒng)計(jì)分析。

（1）傾斜攝影測(cè)量可以獲取多方位、多角度的傾斜影像資料,采用多視影像的密集匹配、多視影像的聯(lián)合平差等技術(shù),使側(cè)面影像紋理參與解算和建模,能夠更好、更直觀地反映目標(biāo)物體的實(shí)際視覺效果,有效避免了垂直攝影技術(shù)弊端,同等條件下,傾斜攝影測(cè)量精度高于垂直攝影測(cè)量,在高程精度上表現(xiàn)尤為突出。

（2）測(cè)區(qū)像控點(diǎn)的布設(shè)方案是影響三維模型精度的主要因素,同一測(cè)區(qū),像控點(diǎn)布設(shè)密度越大, 三維模型精度就越高。因此,在項(xiàng)目技術(shù)方案設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)測(cè)區(qū)情況和精度要求,合理布設(shè)像控是保障模型精度,提高工作效率的有效措施。

（3）針對(duì)CW-10 無人機(jī)搭載五個(gè)Sony ILCE-5100 鏡頭,采用垂直攝影測(cè)量時(shí),像控布設(shè)間距建議采用800 m、旁向400 m方案；采用傾斜攝影測(cè)量時(shí), 像控布設(shè)間距建議采用1200 m、旁向800 m方案,均可滿足l∶1000 地形圖高程等高距為h=1.0 m的高程精度要求。