無人機航攝大比例尺測圖研究

　　隨著無人機航空攝影在測繪行業(yè)的推廣和應(yīng)用，利用無人機作為遙感平臺搭載非量測相機進行1∶2 000 比例尺成圖研究已逐漸得到推廣應(yīng)用 ，而高精度大比例尺(1∶1 000、1∶500)地形圖測繪由于無人機所獲取的影像存在更大、更復(fù)雜的幾何變形問題成為亟待研究的重點和難點。

　　1　無人機航攝系統(tǒng)構(gòu)成

　　低空無人機UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 航攝系統(tǒng) 是集無人駕駛飛行器、遙感及GPS 導(dǎo)航定位等技術(shù)于一體建立起來的一種高機動性、低成本和小型化、專用化的遙感系統(tǒng)。

　　無人機航測系統(tǒng)主要包括無人機飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)和非量測型面陣CCD 數(shù)碼相機，以及地面站、遠(yuǎn)程無線通信裝置、地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等輔助設(shè)施。

　　2　無人機航攝技術(shù)大比例尺測圖實驗

　　為保證實驗精度客觀真實，避免儀器誤差、人為誤差、氣候等外界因素影響產(chǎn)生的誤差導(dǎo)致的精度損失，筆者選取河北某居民礦區(qū)為實驗區(qū)域，該地區(qū)地勢平坦，海拔高度約10 m。實驗過程中采取提高傳感器配置、嚴(yán)控航拍外界環(huán)境以提高原始影像獲取質(zhì)量，利用四角布設(shè)點組、加密高程控制點布設(shè)密度提高像控布設(shè)精度及人工干預(yù)同名點匹配提高平差解算精度等措施以減小各項誤差影響。。

　　2.1　影像數(shù)據(jù)獲取

　　本研究飛行平臺采用固定翼無人機系統(tǒng)，影像航向重疊度為70%，旁向重疊度為35% 。如圖2 所示，1∶1 000、1∶500 兩組實驗各進行一架次飛行，影像覆蓋區(qū)域面積分別為10 km2、9km2 ，從中挑選姿態(tài)角度符合要求且覆蓋地面信息豐富的兩組影像參與后期平差處理。

　　為減小外部環(huán)境對影像拍攝影響，影像的獲取采取多次航拍取最優(yōu)的方式，通過對不同時相影像進行分析，最終選取天氣晴朗、無風(fēng)，影像質(zhì)量清晰、顏色飽滿，旋偏角、姿態(tài)角均滿足規(guī)范要求像片進行實驗。

　　2.2　像控點布設(shè)與施測

　　對區(qū)域性實驗測區(qū)，控制點布設(shè)宜采用區(qū)域網(wǎng)布點方案 。為有效地提高無人機航攝技術(shù)測圖精度，提出控制網(wǎng)四角處采用點組布設(shè)方案及加密高程控制點密度(如圖3 所示，圓形點位為1∶1 000、1∶500 航空攝影測量規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)點位，矩形點位為高程控制加密點)兩項技術(shù)措施，有效地提高了控制網(wǎng)解算的可靠性及精確性。平差結(jié)果表明，較標(biāo)準(zhǔn)點位平差計算結(jié)果1∶1 000 測區(qū)空中三角測量整體精度得到了優(yōu)化，1 ∶500 精度變化不明顯。

　　控制點測量采用河北省已建CORS 系統(tǒng)，首級控制點為航攝區(qū)已有GPS E 級點位，標(biāo)準(zhǔn)點位按內(nèi)業(yè)布設(shè)要求每個點位獨立觀測3 次，外業(yè)加密點選取硬質(zhì)路面、學(xué)校操場等高程精度可靠性高的區(qū)域隨機采取，按碎部測量要求進行。高程控制增強前后基本定向點殘差精度對比。

　　2.3　數(shù)據(jù)后處理

　　將測區(qū)影像進行畸變糾正，協(xié)同相應(yīng)相機參數(shù)、POS 數(shù)據(jù)及像控點成果，利用影像同名點自動相關(guān)技術(shù)自動提取同名地物點，本實驗中為保證模型的連接精度，采用SIFT 特征匹配算法， 在影像模糊、比例尺變化差異較大處通過人工干預(yù)增加連接點個數(shù)以改善模型連接差精度。在自由網(wǎng)平差基礎(chǔ)上引入外業(yè)施測像控點進行約束平差，并對公共像控點和檢查點進行誤差統(tǒng)計。1∶500、1∶1 000兩測區(qū)均采用區(qū)域整體平差方案，以便加密平差更合理，成果精度更高。

　　3　無人機航攝系統(tǒng)大比例尺成圖精度分析

　　3.1　精度評度

　　精度評定包含地理精度評定和數(shù)學(xué)精度評定兩方面。地理精度評定采取外業(yè)巡視的方法對圖面地理要素的正確性及數(shù)據(jù)完整性、綜合取舍的合理性、接邊質(zhì)量等進行檢查。數(shù)學(xué)精度評定包括平面位置評定和高程評定，主要采用GPS 快速靜態(tài)的方式測得， 每個點位觀測兩個時段，觀測時間為5 s。外業(yè)實測點位對比圖上坐標(biāo)，計算較差，利用點位中誤差公式算出各個檢查點的中誤差m，其計算結(jié)果見表2、表3。

　　本實驗中外業(yè)檢查點位選取以實驗區(qū)標(biāo)準(zhǔn)圖幅為單位，每圖幅選取40 個樣本數(shù)據(jù)，為減少人為誤差，點位選取以水泥路拐角、雨水井蓋等位置清晰、高程穩(wěn)定的特征地物為主。

　　3.2　大比例尺成圖精度誤差分析

　　根據(jù)枟1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范枠要求(等高距1 m)，1∶1 000 比例尺平面中誤差<0.6 m，高程中誤差<1/3 m，由上表3、表4 可知，1∶1 000比例尺實驗條件下地形、地物的平高精度及接邊精均度符合規(guī)范及技術(shù)設(shè)計書規(guī)定。1∶500 比例尺實驗平面中誤差>0.3 m，高程中誤差>1/3 ×0.5 =0.17 m，因此，本實驗條件下無法達(dá)到1∶500 規(guī)范要求精度。