無(wú)人機(jī)航攝大比例尺測(cè)圖研究

　　隨著無(wú)人機(jī)航空攝影在測(cè)繪行業(yè)的推廣和應(yīng)用，利用無(wú)人機(jī)作為遙感平臺(tái)搭載非量測(cè)相機(jī)進(jìn)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(cè)繪由于無(wú)人機(jī)所獲取的影像存在更大、更復(fù)雜的幾何變形問(wèn)題成為亟待研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　1　無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)構(gòu)成

　　低空無(wú)人機(jī)UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 航攝系統(tǒng) 是集無(wú)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(lái)的一種高機(jī)動(dòng)性、低成本和小型化、專(zhuān)用化的遙感系統(tǒng)。

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

　　2　無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)大比例尺測(cè)圖實(shí)驗(yàn)

　　為保證實(shí)驗(yàn)精度客觀真實(shí)，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(shí)驗(yàn)區(qū)域，該地區(qū)地勢(shì)平坦，海拔高度約10 m。實(shí)驗(yàn)過(guò)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(diǎn)組、加密高程控制點(diǎn)布設(shè)密度提高像控布設(shè)精度及人工干預(yù)同名點(diǎn)匹配提高平差解算精度等措施以減小各項(xiàng)誤差影響。。

　　2.1　影像數(shù)據(jù)獲取

　　本研究飛行平臺(tái)采用固定翼無(wú)人機(jī)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(shí)驗(yàn)各進(jìn)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(duì)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(guò)對(duì)不同時(shí)相影像進(jìn)行分析，最終選取天氣晴朗、無(wú)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

　　2.2　像控點(diǎn)布設(shè)與施測(cè)

　　對(duì)區(qū)域性實(shí)驗(yàn)測(cè)區(qū)，控制點(diǎn)布設(shè)宜采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案 。為有效地提高無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)測(cè)圖精度，提出控制網(wǎng)四角處采用點(diǎn)組布設(shè)方案及加密高程控制點(diǎn)密度(如圖3 所示，圓形點(diǎn)位為1∶1 000、1∶500 航空攝影測(cè)量規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位，矩形點(diǎn)位為高程控制加密點(diǎn))兩項(xiàng)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(diǎn)位平差計(jì)算結(jié)果1∶1 000 測(cè)區(qū)空中三角測(cè)量整體精度得到了優(yōu)化，1 ∶500 精度變化不明顯。

　　控制點(diǎn)測(cè)量采用河北省已建CORS 系統(tǒng)，首級(jí)控制點(diǎn)為航攝區(qū)已有GPS E 級(jí)點(diǎn)位，標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位按內(nèi)業(yè)布設(shè)要求每個(gè)點(diǎn)位獨(dú)立觀測(cè)3 次，外業(yè)加密點(diǎn)選取硬質(zhì)路面、學(xué)校操場(chǎng)等高程精度可靠性高的區(qū)域隨機(jī)采取，按碎部測(cè)量要求進(jìn)行。高程控制增強(qiáng)前后基本定向點(diǎn)殘差精度對(duì)比。

　　2.3　數(shù)據(jù)后處理

　　將測(cè)區(qū)影像進(jìn)行畸變糾正，協(xié)同相應(yīng)相機(jī)參數(shù)、POS 數(shù)據(jù)及像控點(diǎn)成果，利用影像同名點(diǎn)自動(dòng)相關(guān)技術(shù)自動(dòng)提取同名地物點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)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(guò)人工干預(yù)增加連接點(diǎn)個(gè)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(cè)像控點(diǎn)進(jìn)行約束平差，并對(duì)公共像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)。1∶500、1∶1 000兩測(cè)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(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)大比例尺成圖精度分析

　　3.1　精度評(píng)度

　　精度評(píng)定包含地理精度評(píng)定和數(shù)學(xué)精度評(píng)定兩方面。地理精度評(píng)定采取外業(yè)巡視的方法對(duì)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(jìn)行檢查。數(shù)學(xué)精度評(píng)定包括平面位置評(píng)定和高程評(píng)定，主要采用GPS 快速靜態(tài)的方式測(cè)得， 每個(gè)點(diǎn)位觀測(cè)兩個(gè)時(shí)段，觀測(cè)時(shí)間為5 s。外業(yè)實(shí)測(cè)點(diǎn)位對(duì)比圖上坐標(biāo)，計(jì)算較差，利用點(diǎn)位中誤差公式算出各個(gè)檢查點(diǎn)的中誤差m，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

　　本實(shí)驗(yàn)中外業(yè)檢查點(diǎn)位選取以實(shí)驗(yàn)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)圖幅為單位，每圖幅選取40 個(gè)樣本數(shù)據(jù)，為減少人為誤差，點(diǎn)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(cè)量數(shù)字化測(cè)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(shí)驗(yàn)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(jì)書(shū)規(guī)定。1∶500 比例尺實(shí)驗(yàn)平面中誤差>0.3 m，高程中誤差>1/3 ×0.5 =0.17 m，因此，本實(shí)驗(yàn)條件下無(wú)法達(dá)到1∶500 規(guī)范要求精度。