張效鋒

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引 言

100多年歷史的航空攝影測(cè)量和50多年歷史的航天攝影測(cè)量，構(gòu)成了傳統(tǒng)的航空、航天攝影測(cè)量技術(shù)體系，傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量雖然可以滿足大比例尺成圖的精度要求，卻無(wú)法滿足小區(qū)域的成本核算，而傳統(tǒng)的航天攝影測(cè)量則剛好相反，高分辨率商業(yè)衛(wèi)星雖然在小區(qū)域的成本核算上可以被接受，但只能滿足成圖比例尺小于1∶5 000的精度要求。為實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量單位按需要組織飛行的目標(biāo)，無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)備受青睞，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是集成低空航空攝影技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)于一體的航空攝影測(cè)量技術(shù)，是在衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感等技術(shù)之后新興發(fā)展的一項(xiàng)航空遙感技術(shù)[1-4]。無(wú)人機(jī)航測(cè)在廣泛應(yīng)用時(shí)，數(shù)據(jù)精度是必須考慮的指標(biāo)。無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)精度受到許多因素的影響，一般航測(cè)的平面精度基本都能解決，主要是高程精度，本文概述了無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)組成和數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程[5]，并逐一分析了對(duì)數(shù)據(jù)高程精度產(chǎn)生影響的因素，提出了相應(yīng)的提高航測(cè)高程精度的建議。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)與生產(chǎn)流程

1.1 航測(cè)系統(tǒng)組成及工作模式

無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、飛行控制系統(tǒng)、航空攝影設(shè)備、數(shù)傳系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、電臺(tái)、地面工作站等系統(tǒng)組成。目前無(wú)人機(jī)使用的定位技術(shù)主要有RTK模式和PPK模式，RTK模式主要是給飛控提供實(shí)時(shí)的高精度的位置速度等信息，可完全達(dá)到免像控要求，這個(gè)對(duì)電臺(tái)的刷新頻率要求較高；PPK模式主要稱為動(dòng)態(tài)后處理技術(shù)，與航測(cè)聯(lián)系更加緊密，需進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量。PPK與RTK的最大區(qū)別在于差分模式，本文主要是基于RTK免像控模式下對(duì)航測(cè)高程精度影響因子的探討。

1.2 航測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

無(wú)人機(jī)航測(cè)內(nèi)外業(yè)作業(yè)流程主要包括外業(yè)查勘、航線規(guī)劃、空域申請(qǐng)、外業(yè)航飛(PPK模式下需進(jìn)行像控點(diǎn)采集)、數(shù)據(jù)下載(主要包括POS數(shù)據(jù)下載以及相機(jī)數(shù)據(jù)下載)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、成果輸出、精度檢查等步驟，主要內(nèi)業(yè)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線

結(jié)合數(shù)據(jù)處理流程可提煉出影像數(shù)據(jù)處理過(guò)程中不同精度影響因子所起的作用，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析各影響因子對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)高程精度的影響程度。

2 航測(cè)高程精度影響因素

2.1 像片質(zhì)量對(duì)航測(cè)高程精度的影響

無(wú)人機(jī)航測(cè)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中涉及重要一項(xiàng)就是照片匹配(同名點(diǎn)匹配)，同一航帶或相鄰航帶同名點(diǎn)覆蓋照片越多，匹配精度就越高，這對(duì)于無(wú)人機(jī)獲取像片的質(zhì)量要求較高。因此，無(wú)人機(jī)航測(cè)精度檢查中的重要一項(xiàng)就是像片質(zhì)量檢查，像片質(zhì)量要求一般需要滿足影像清晰，不應(yīng)有云、云影、煙、大面積反光、污點(diǎn)等缺陷，本次主要研究像片有少量云霧對(duì)精度的影響程度，圖2為安徽皖北地區(qū)飛行了某一區(qū)域不同天氣下的兩個(gè)架次。

圖2 同一區(qū)域兩種環(huán)境下影像

對(duì)同一區(qū)域利用RTK固定解方式采集了一定的檢查點(diǎn)，對(duì)高程精度進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如表1所示。

表1 精度統(tǒng)計(jì)表

上表顯示中，ΔH1(a)代表有霧的影像獲取的高程精度，ΔH2(b)代表清晰的影像獲取的高程精度。通過(guò)精度對(duì)比，被云霧遮擋的影像高程精度明顯低于清晰影像，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析云霧遮擋較大的區(qū)域同名點(diǎn)數(shù)量較少，會(huì)影響照片匹配精度，從而影響最終數(shù)據(jù)成果。

2.2 重疊度對(duì)航測(cè)高程精度的影響

影像立體建模的一項(xiàng)重要步驟就是相對(duì)定向，而相對(duì)定向直接與像片重疊度有直接關(guān)聯(lián)，影像的重疊度越大，自動(dòng)匹配就容易，匹配點(diǎn)就越多，相對(duì)定向的精度也就越好。通過(guò)理論分析判斷重疊度會(huì)直接影響航測(cè)精度，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析判斷重疊度對(duì)高程精度影響的程度。本次針對(duì)安徽省宣城市某灌區(qū)項(xiàng)目進(jìn)行無(wú)人機(jī)航測(cè)，采用Fuji-X-M1-18 mm，1 600萬(wàn)像素的相機(jī)，分辨率設(shè)置為10 cm，選取其中一段面積約0.5 km2的區(qū)域(平原地區(qū))進(jìn)行航測(cè)，采用兩種不同的重疊度對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行航攝(圖3)，其中藍(lán)色代表重疊照片達(dá)到9張以上的區(qū)域。

圖3 兩種重疊度下數(shù)據(jù)報(bào)告

對(duì)同一區(qū)域利用RTK固定解方式采集了一定的檢查點(diǎn)，對(duì)兩種重疊度下高程數(shù)據(jù)進(jìn)行了精度分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 精度統(tǒng)計(jì)表

上表顯示中，ΔH1(a)代表航向重疊度70%～60%、旁向重疊度50%時(shí)影像獲取的高程精度，ΔH2(b)代表航向重疊度85%～75%、旁向重疊度65%時(shí)影像獲取的高程精度。從精度分析結(jié)果可確定當(dāng)重疊度降低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致航測(cè)區(qū)域內(nèi)重疊像片的數(shù)量大大減少，從而影響照片相對(duì)定向精度，使影像高程精度受到嚴(yán)重影響。

2.3 大面積水域?qū)綔y(cè)高程精度的影響

攝影中心作像片的垂線，交點(diǎn)為像主點(diǎn)，一般而言，像主點(diǎn)即為像片的中心點(diǎn)。像片的像主點(diǎn)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程進(jìn)行三大定向及立體建模起到非常關(guān)鍵作用，照片像主點(diǎn)落水會(huì)直接影響到定向精度。在水利測(cè)繪中，經(jīng)常會(huì)碰到航飛架次中帶有大面積水域，同一個(gè)架次中水域占有面積大于影像的一半，在這種情況下是否會(huì)對(duì)整個(gè)影像的高程模型產(chǎn)生多大影響，本次針對(duì)引江濟(jì)淮項(xiàng)目菜子湖段某一區(qū)域進(jìn)行了航飛，由于菜子區(qū)域湖面較大，通過(guò)航飛后內(nèi)業(yè)處理，將沒(méi)刪除水面照片與刪除大部分水域照片進(jìn)行了分開建模處理(圖4)。

圖4 水域面積占比不同情況下影像

對(duì)同一區(qū)域利用RTK固定解方式采集了一定的檢查點(diǎn)，對(duì)處理后同區(qū)域影像進(jìn)行了精度分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 精度統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析，ΔH1(a)代表水域占50%以上影像高程精度，ΔH2(b)代表水域占5比50%以下影像高程精度，單個(gè)架次處理過(guò)程中，水域面積在影像整個(gè)區(qū)域占比50%以上會(huì)造成大部分像片像主點(diǎn)落水，在后續(xù)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中導(dǎo)致誤差較大。因此，為了避免像主點(diǎn)落水，一般航飛過(guò)程中遇到大面積水域，可刪除對(duì)應(yīng)水域照片再進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理來(lái)提高整體建模精度。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文系統(tǒng)分析了無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)高程精度的影響因素，包括像片獲取的質(zhì)量、航飛參數(shù)中重疊度的設(shè)置、航飛架次中大面積水域等因素的影響。通過(guò)分析對(duì)比，上述任何一種因素都會(huì)對(duì)航測(cè)高程精度帶來(lái)影響，其中影響最大的就是重疊度的設(shè)置，低重疊度會(huì)提高航飛效率，同時(shí)也降低了航測(cè)精度，因此，在外業(yè)操作過(guò)程中需要根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的不同要求采取不同的設(shè)置方式；此外，飛行天氣以及環(huán)境對(duì)航測(cè)精度也會(huì)造成較大影響，建議一般飛行時(shí)間盡量選擇在天晴、少云時(shí)段進(jìn)行；飛行區(qū)域飛行架次的劃分也是非常關(guān)鍵，根據(jù)本文分析，飛行架次劃分盡量避免單架次飛行區(qū)域內(nèi)水域面積占比較大，若根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件無(wú)法避免較大水域的情況下，可在數(shù)據(jù)后處理過(guò)程中適當(dāng)減少一些水域照片進(jìn)行建模?？傊?，影響航測(cè)精度的因素較多，需要根據(jù)實(shí)際情況在外業(yè)實(shí)踐過(guò)程中進(jìn)行不斷的積累，根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)去不斷的避免各種因素對(duì)航測(cè)高程精度產(chǎn)生的影響，從而在去掉航測(cè)儀本身系統(tǒng)誤差外來(lái)進(jìn)一步提高航測(cè)高程精度，為水利航測(cè)成果提供一份精確、可靠、有效的模型數(shù)據(jù)。