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 導航定位等技術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 數碼相機，以及地面站、遠程無線通信裝置、地面數據處理系統(tǒng)等輔助設施。

　　2　無人機航攝技術大比例尺測圖實驗

　　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生的誤差導致的精度損失，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、嚴控航拍外界環(huán)境以提高原始影像獲取質量，利用四角布設點組、加密高程控制點布設密度提高像控布設精度及人工干預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　影像數據獲取

　　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，影像質量清晰、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　像控點布設與施測

　　對區(qū)域性實驗測區(qū)，控制點布設宜采用區(qū)域網布點方案 。為有效地提高無人機航攝技術測圖精度，提出控制網四角處采用點組布設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)范要求標準點位，矩形點位為高程控制加密點)兩項技術措施，有效地提高了控制網解算的可靠性及精確性。平差結果表明，較標準點位平差計算結果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，標準點位按內業(yè)布設要求每個點位獨立觀測3 次，外業(yè)加密點選取硬質路面、學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　數據后處理

　　將測區(qū)影像進行畸變糾正，協(xié)同相應相機參數、POS 數據及像控點成果，利用影像同名點自動相關技術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增加連接點個數以改善模型連接差精度。在自由網平差基礎上引入外業(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學精度評定兩方面。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據完整性、綜合取舍的合理性、接邊質量等進行檢查。數學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，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)標準圖幅為單位，每圖幅選取40 個樣本數據，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

　　根據枟1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形圖航空攝影測量數字化測圖規(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)范及技術設計書規(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到1∶500 規(guī)范要求精度。