李珂江

（重慶市萬州區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，重慶 404100）

引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，目前無人機(jī)航攝測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于許多項(xiàng)目的生產(chǎn)工作中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)海量無人機(jī)信息數(shù)據(jù)的高效化處理，以保證航攝測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，已成為現(xiàn)階段航空攝影測(cè)量進(jìn)一步發(fā)展面臨的主要問題。接著對(duì)目前無人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)中的空三密技術(shù)進(jìn)行了深入的分析和研究。

在國土、農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)資源勘測(cè)與評(píng)估等領(lǐng)域中，廣泛使用了自動(dòng)、智能、專業(yè)、快速獲取數(shù)字正射影像圖(DOM)。而相對(duì)航空遙感技術(shù)而言，無人機(jī)航攝測(cè)量普遍存在低航攝高度、小像幅和飛行姿態(tài)不穩(wěn)定等因素，對(duì)無人機(jī)航攝圖的繪制精度有一定的影響。為了解決這一問題，目前無人機(jī)航攝技術(shù)引入了 GPS輔助光束法區(qū)網(wǎng)平差，利用 GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，獲取無人機(jī)航拍曝光相片中心點(diǎn)空間位置，以提高無人機(jī)航拍定位的空間精度，利用該技術(shù)的前提，特別是海拔落差大的山區(qū)、丘陵。為此，如何進(jìn)一步減少無人機(jī)航攝空中三角測(cè)量成果(以下簡(jiǎn)稱“空三加密成果”)和 DOM 影像成果滿足精度要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減少無人機(jī)航攝空中三角測(cè)量成果是近年來無人機(jī)航攝測(cè)量工作者的努力目標(biāo)和研究熱點(diǎn)。本文主要討論了如何通過增加無人機(jī)正射影像圖的航線，增加無人機(jī)圖像之間的重疊，減少外控點(diǎn)的布設(shè)，縮小野外工作量，滿足高精度無人機(jī)正射影像圖的生產(chǎn)需求。

一、無人機(jī)航攝測(cè)量空三加密簡(jiǎn)述

實(shí)際上的三加密即為空中三角測(cè)量法，這種方法能借助少量控制點(diǎn)和像方坐標(biāo)，求得未知點(diǎn)的具體坐標(biāo)，從而使模型中已知點(diǎn)的數(shù)量增加到四個(gè)甚至更多，同時(shí)通過上述已知點(diǎn)還可以進(jìn)一步分析和研究位于影像外方向的各種元素。如果空三加密的精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，那么很可能會(huì)出現(xiàn)航空攝影測(cè)量外業(yè)像控點(diǎn)測(cè)量以及航飛環(huán)節(jié)被迫返工等情況，從而導(dǎo)致航空攝影測(cè)量無法正常進(jìn)行。與傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量方法相比，利用無人機(jī)進(jìn)行航空攝影測(cè)量?jī)x所需投資較少，且實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，近幾年在繪制地形圖、三維建模等工作中得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是，凡事都有缺點(diǎn)，技術(shù)也不例外，如影像變形大、姿態(tài)穩(wěn)定性差、基高比小、高程精度低、模式切換頻繁等[1]。目前在我國市場(chǎng)上還沒有一款可以完全解決以上所有問題的無人機(jī)航拍測(cè)量空三加密軟件，目前的精度幾乎不能滿足我國傳統(tǒng)航測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。小型化航空攝影測(cè)量即利用無人機(jī)配合專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)低空航攝飛行獲取地面數(shù)據(jù)資料，制作數(shù)字化地形圖、DEM、DOM 等測(cè)繪產(chǎn)品。隨著我國信息化建設(shè)和科技的不斷發(fā)展，小型無人機(jī)數(shù)碼航空攝影測(cè)量已經(jīng)成為獲取空間數(shù)據(jù)信息的一種重要手段，它具有成本低、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以大大減少人工野外測(cè)量的勞力與財(cái)力，從而大大降低了人工野外測(cè)量的勞動(dòng)力與財(cái)力，從而使測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)效率迅速提高。

二、航空攝影測(cè)量具體要求

（一）精度要求

航攝測(cè)量工作中，像控點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)的精確度標(biāo)準(zhǔn)基本一致，當(dāng)尺航測(cè)成圖的比例為1:2000 時(shí)，對(duì)所測(cè)地物點(diǎn)有加密點(diǎn)之間的實(shí)際精度要求為：在城市中的建筑地區(qū)，等高程標(biāo)記點(diǎn)為0.5m 的高程標(biāo)記點(diǎn)，其高程標(biāo)記點(diǎn)的高程標(biāo)記點(diǎn)為0.5m。此外，在城市的建設(shè)區(qū)域，實(shí)際的等高距離為0.5m 的平地高程和等高線頂部進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。除第一級(jí)外，對(duì)于其他區(qū)域高程和等高線也可以利用平高域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加密處理。

（二）航空攝影質(zhì)量要求

在利用衛(wèi)星進(jìn)行攝影測(cè)量時(shí)，由于引入了 RPC 參數(shù)，同時(shí)衛(wèi)片像有較大的覆蓋面積，因此可以在一定程度上降低外業(yè)控制點(diǎn)的實(shí)際布設(shè)密度。舉例來說，在某些非常短的條件下，例如，果衛(wèi)片的質(zhì)量足夠好，也就是沒有云的覆蓋，通常在測(cè)量區(qū)域中間只有1 個(gè)控制點(diǎn)，但其中往往存在一定的測(cè)量誤差，而且只有一個(gè)控制點(diǎn)很難發(fā)現(xiàn)粗差。通常最好將控制點(diǎn)的布設(shè)在中心區(qū)域及測(cè)量區(qū)的四角出，共5 個(gè)，通過這種方式保證能在進(jìn)行多余觀測(cè)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)粗差等基礎(chǔ)上，還可完成1:2000地形圖的繪制工作。

（三）布置像控點(diǎn)

一般而言，域網(wǎng)方法是目前像控點(diǎn)最常用的一種布設(shè)方案，在這種方案中，航向間隔為4 條基線。利用GPS-RTK 技術(shù)對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行施測(cè)，同時(shí)根據(jù)平高點(diǎn)的具體要求布設(shè)像控點(diǎn)。典型情況下，布設(shè)范圍在3 個(gè)航向重疊區(qū)域內(nèi)，在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)布點(diǎn)時(shí)需保證5～6 個(gè)區(qū)段重疊；此外，象控點(diǎn)與相片邊緣的距離應(yīng)在1.5cm 以上。

三、對(duì)空三加密精度分析

從目前基本的航空攝影測(cè)量流程來看，在航測(cè)工作中空三段加密技術(shù)具有極其重要的作用，它直接決定了最終地籍圖的精度。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，航測(cè)工作的時(shí)間越來越緊張，相應(yīng)的任務(wù)數(shù)量也越來越多，而借助空三加密相關(guān)軟件，則可以快速高效地完成各項(xiàng)加密工作[2]。傳統(tǒng)的外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，控制點(diǎn)的位置往往需要謹(jǐn)慎考慮，通常對(duì)其有非常嚴(yán)格的要求。所以，能否有效地?cái)[脫目前外業(yè)像控布點(diǎn)工作中的種種限制，從而有效地減少控制點(diǎn)的實(shí)際布設(shè)量，從而在不影響測(cè)量區(qū)域加密精度的前提下有效提升航線跨度，逐漸成為當(dāng)前管理人員需要考慮的問題。

四、無人駕駛無人機(jī)攝影測(cè)量空三加密精度

由于非量測(cè)相機(jī)是無人機(jī)獲取圖像的最重要手段，因此只有在畸變差校正等工作結(jié)束后才能進(jìn)行空三加密，另外在此環(huán)節(jié)中，相機(jī)的參數(shù)也需要進(jìn)行全面檢校，因此只有在畸變差校正等工作結(jié)束后才能進(jìn)行，否則就不能滿足要求。然而，由于軟件性能的限制，光束法平差還有自動(dòng)匹配等問題，使得所匹配的算法一旦匹配不當(dāng)或平差參數(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)降低光束法平差的自動(dòng)化水平，此時(shí)還需要借助人工的方法來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配，因此還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的加密精度明顯下降?；诖耍疚奶岢鲆韵聨追N方法來優(yōu)化空三加密精度。

（一）相機(jī)檢校方式的優(yōu)化和改進(jìn)

現(xiàn)在，絕大多數(shù)的生產(chǎn)單位都是從事無人駕駛無人機(jī)的航空攝影測(cè)量生產(chǎn)工作，而為了獲得理想的航測(cè)精度，對(duì)非量測(cè)相機(jī)做必要的檢校就成了其中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，而非量測(cè)相機(jī)為了達(dá)到理想的航測(cè)精度，就成了一項(xiàng)必需的環(huán)節(jié)，而非量測(cè)相機(jī)的畸變參數(shù)穩(wěn)定性較差，因此需要隔一段時(shí)間就全面檢校[3]。在這個(gè)階段，主要是借助比較下幾個(gè)方案來確定相機(jī)檢校實(shí)施的具體方案。

1.照相機(jī)自檢。自檢實(shí)際上就是利用定焦相機(jī)內(nèi)部鏡頭本身的光學(xué)結(jié)構(gòu)并不因主距轉(zhuǎn)換而隨之改變的特點(diǎn)，利用預(yù)檢校獲得內(nèi)方位元素的具體變化規(guī)律，從而盡可能減少在校驗(yàn)過程中未知數(shù)的出現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)模型簡(jiǎn)化等目標(biāo)。這種方案的成本較低，而且總體的操作相對(duì)簡(jiǎn)單易行，只需利用目標(biāo)附近的影響和圖像間對(duì)應(yīng)的關(guān)系來完成相機(jī)檢校，這樣的方案成本較低，整體操作也相對(duì)簡(jiǎn)單易行，只需要使用一些軟件就能完成對(duì)相機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，而只需用一些軟件就能完成對(duì)圖像的檢測(cè)，這類方案的成本較低，整體操作相對(duì)簡(jiǎn)單易行，只需使用一些接近目標(biāo)的影響和圖像間對(duì)應(yīng)的關(guān)系即可完成相機(jī)檢校，這樣的方案成本較低，整體操作相對(duì)簡(jiǎn)捷，只適用于相機(jī)參數(shù)相對(duì)準(zhǔn)確的影像效果。

2.物理校驗(yàn)。對(duì)進(jìn)行物理校驗(yàn)時(shí)，需要將相機(jī)送到專業(yè)的校驗(yàn)部門進(jìn)行全面校驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，該方案所獲得的參數(shù)是比較精確的，借助于該相機(jī)的檢校參數(shù)，可以使空三加密精度得到較大提高[4]。但該方法也存在一定的缺陷，如：總體費(fèi)用偏高，耗費(fèi)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，極有可能對(duì)其他項(xiàng)目的航攝產(chǎn)生影響，而且還需要投入大量的資金用于運(yùn)輸工作，而且運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)極高。

（二）基于測(cè)區(qū)特性優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)

1.Pixelgrid 軟件。當(dāng)前，Pixelgrid 軟件由于其極其穩(wěn)定的穩(wěn)定性和對(duì)其質(zhì)量的合理控制，在我國現(xiàn)有的空三軟件中得到了廣泛的應(yīng)用，使其在我國現(xiàn)有的空三軟件中處于絕對(duì)領(lǐng)先地位[5]。利用 Pixelgrid 軟件對(duì)相關(guān)航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，軟件對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行了極其細(xì)致的劃分，程序整體比較穩(wěn)定，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可進(jìn)行質(zhì)量控制以及人工干預(yù)，對(duì)無人機(jī)的飛行姿態(tài)無嚴(yán)格要求是其優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是軟件極其細(xì)致的劃分，程序整體比較穩(wěn)定，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可進(jìn)行質(zhì)量控制以及人工干預(yù)，對(duì)無人機(jī)的飛行姿態(tài)不嚴(yán)格要求是其優(yōu)點(diǎn)。

2.Inpho 軟件。與 Pixelgrid 軟件相比，Inpho 的表現(xiàn)更加出色，它是目前國內(nèi)極其先進(jìn)和可靠的數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)。Inpho 軟件最突出的優(yōu)點(diǎn)是高度自動(dòng)化和匹配精度，它的缺點(diǎn)也同樣顯著，如對(duì)無人機(jī)飛行姿態(tài)和地面紋理等極高的要求，在條件差的測(cè)量區(qū)域中，誤差匹配的概率明顯增加等。此外，該軟件對(duì)人工干預(yù)量的要求較低，難以保證復(fù)雜區(qū)域的加密精度。

常規(guī)航空攝影測(cè)量工作中，常常使用一種軟件對(duì)空三加密，所以常常有返工的現(xiàn)象，還有一些誤差超過極限點(diǎn)的誤差。并將上述兩種有明顯優(yōu)點(diǎn)的軟件結(jié)合[6]，以高效自動(dòng)化的方式對(duì)無人機(jī)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行 Inpho 處理，充分展示出 Pixelgrid 所具有的控制特性，從而最大程度地優(yōu)化和完善資源配置，最終有效地提高生產(chǎn)效率。

五、結(jié)論

本文深入分析了無人駕駛飛機(jī)攝影測(cè)量的空三加密技術(shù)，并對(duì)提高其精度的方法進(jìn)行了研究，借助于比較不相同的相機(jī)校驗(yàn)方案，結(jié)合精度、成本投入、效率等因素，對(duì)軟件組合以及配置等進(jìn)行了科學(xué)的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)的空三加密方案的優(yōu)化與完善。通過一段時(shí)間的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，空三加密技術(shù)完成了優(yōu)化工作，可以有效地解決無人機(jī)航攝測(cè)量工作中的精度偏低等問題，并且空三結(jié)果可完全滿足國家制定的1:1000 與1:2000 地形圖的精度標(biāo)準(zhǔn)，從而使航測(cè)的精度得到進(jìn)一步提高?？傊疚膶?duì)無人機(jī)的航攝測(cè)量成圖等工作，提出了一種全新的思路和較為科學(xué)的方案，希望能對(duì)有關(guān)人員提供一些幫助。除此之外，我們深信，隨著互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，未來測(cè)量的速度和精度將會(huì)有明顯的提高，從而促使測(cè)繪從數(shù)字化到信息化，從而推動(dòng)測(cè)繪從數(shù)字化到信息化，最終在我國的建設(shè)工作中發(fā)揮不可替代的作用。