吳海波

(安徽省地質礦產勘查局325地質隊,安徽 淮北 235000)

0 引言

在測繪工程中,由于專業(yè)相機價格昂貴,實際工程中常采用普通相機對其進行替代,但由于普通相機存在光學畸變現(xiàn)象,會影響測繪的拍攝精度,為提高無人機測繪的準確性,需對其測量誤差進行分析,近年來,許多專家學者針對無人機攝影技術及其勘探誤差開展相關研究。

王晶等人[1]采用無人機攝影技術,對某地區(qū)進行攝影測量,并分析不同因素對其測量精度的影響,結果表明,采用PPK技術對無人機拍攝數(shù)據進行處理后,可有效提高其攝影測量精度。宋倩等人[2]以某地區(qū)為研究對象,采用無人機對該地區(qū)進行勘探,并建立其三維模型,分析該技術的測量誤差,結果表明,采用無人機勘測的誤差小于規(guī)范所規(guī)定的的限值,其可行性較高。侯樹宏等人[3]以某邊坡為研究對象,提出無人機攝影測量方法,對該邊坡進行測繪,并分析測繪地形對其測繪精度的影響,結果表明,坡度與分辨率會顯著影響其勘測精度,且與其勘測精度呈線性相關關系。張波等人[4]以某山區(qū)為研究對象,基于無人機攝影測量技術,對該地區(qū)進行勘探,并對該技術的精度進行評估,結果表明,無人機攝影測量的精度主要受圖像校正影響,當測量區(qū)域為底起伏區(qū)時,其測量準確性較高。王成等人[5]以某露天礦山為研究地下,采用無人機傾斜攝影技術,建立其三維模型,并分析該技術的準確性,結果表明,該技術的成本低、效率高,且精度可達到規(guī)范限值,該方案的可行性良好。

本研究以某河道為研究對象,采用無人機航攝技術,提出無人機低空攝影測量系統(tǒng),對其進行河道劃界,并分析其勘測精度,進行畸變差檢校,以提高其測繪的準確性。

1 無人機低空攝影測量系統(tǒng)

本研究采用無人機攝影對河道進行劃分,并分析其測繪精度,在拍攝前,對相機進行畸變差檢校,拍攝結束后,對其進行畸變差處理,以提高其測繪的準確性,測繪所采用的的相機檢校結果如表1所示。采用SIFT算子和Harris算子結合進行影像匹配,首先提取SIFT特征點、Harris點,對其進行相對定向,得出內集點A、B,刪除重復點,并合并內集點A、B,得出內集點C,刪除內集點C中的錯誤匹配點,得出內集點D,然后構件同名三角形,或許新角點,通過相對定向得到內集點E,合并內集點D、E后,判斷點數(shù)是否滿足要求,如滿足要求,即匹配結束,如圖1所示。本研究采用PIX4D對無人機得到的航拍數(shù)據進行處理,首先導入無人機的航拍照片、控制點文件,加載POS數(shù)據,然后設置工程相關參數(shù),進行空三加密處理,最后生成數(shù)字高程模型(DEM)、正射影像圖(DOM),進行成果輸出。在得出DOM模型后,計算出設計洪水位線數(shù)據,最后在ArcGis軟件中完成河道劃界。

圖1 Harris算子和SIFT特征的影像匹配流程圖

表1 相機檢校結果

為分析無人機低空攝影測量系統(tǒng)的測繪精度,需建立其精度分析指標,根據《低空數(shù)字航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》[6]得出高程模型精度指標如表2所示、平面位置精度中誤差指標如表3所示、高程精度中誤差指標如表4所示。

表2 高程模型精度指標

表3 平面位置精度中誤差指標

表4 高程精度中誤差指標

2 工程概況

本研究以某河道為研究對象,該河道屬于長江的一級支流,全長1 345 km,流域面積為16萬 km2,流域地形呈鍋形,四周為丘陵山區(qū),占80%;中間腹部為低洼圩區(qū)和河湖水面,占20%。地勢從南向北傾斜,上游坡度和扇面大,中下游坡度緩,共有大小十六條支河匯入,是一個典型的一干多支樹狀型河道,該流域大多為山丘河道,具有源短、坡陡、流急、匯流快的特點。本研究采用無人機航攝技術應用于該河道,對其進行河道劃界,該無人機的相關技術指標如表5所示。

表5 無人機的相關技術指標

像控點的布設是參考像控點的布設原則去進行點位選取和測量的,在此次航飛任務中共布設181個像控點,點位平均分在測區(qū)范圍內,平均500 m一個點。

3 無人機攝影測量誤差分析

在測繪工程中,由于專業(yè)相機價格昂貴,實際工程中常采用普通相機對其進行替代,但由于普通相機存在光學畸變現(xiàn)象,會影響測繪的拍攝精度,為提高無人機測繪的準確性,需對其測量誤差進行分析。點位中誤差(M)計算公式如式(1)所示。

(1)

式中:i=1,2,3,4……n;n為檢測點個數(shù)。

由于本研究所采用的無人機低空攝影測量系統(tǒng)會輸出生成數(shù)字高程模型(DEM)、正射影像圖(DOM)作為勘測結果,故需要對DEM(數(shù)字表面模型)、DOM(數(shù)字正射影像圖)的精度及誤差進行分析。本研究選取50個檢測點進行DEM精度檢測,其高程檢查點精度表如表6所示。

表6 高程檢查點精度表

選取100個檢測點進行DOM精度檢測,其平面檢測點精度表如表7所示。

表7 平面檢測點精度表

4 結語

本研究以某河道為研究對象,采用無人機應用于該河道,提出無人機低空攝影測量系統(tǒng),對其進行河道劃界,并分析其勘測精度,得出以下結論:

(1)同監(jiān)測點的高程精度具有一定的差異性,對比圖上高程與量測高程可得,監(jiān)測點12的誤差最大,二者間的差值為-0.535 6 m,監(jiān)測點8的誤差最小,二者間的差值僅為-0.010 3 m。

(3)平面檢測點X、Y方向的誤差具有一致性,且Y方向的差值大于X方向的差值,其中,監(jiān)測點10的X、Y方向及點位移偏量均有最大值,其值分別為0.516 m、0.597 m及0.789 m,監(jiān)測點95的X、Y方向及點位移偏量均有最小值,其值分別為-0.056 m、0.016 m及0.058 m。