無(wú)人機航攝大比例尺測圖研究

　　隨著(zhù)無(wú)人機航空攝影在測繪行業(yè)的推廣和應用，利用無(wú)人機作為遙感平臺搭載非量測相機進(jìn)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(wú)人機所獲取的影像存在更大、更復雜的幾何變形問(wèn)題成為亟待研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　1　無(wú)人機航攝系統構成

　　低空無(wú)人機UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 航攝系統 是集無(wú)人駕駛飛行器、遙感及GPS 導航定位等技術(shù)于一體建立起來(lái)的一種高機動(dòng)性、低成本和小型化、專(zhuān)用化的遙感系統。

　　無(wú)人機航測系統主要包括無(wú)人機飛行平臺、飛行控制系統和非量測型面陣CCD 數碼相機，以及地面站、遠程無(wú)線(xiàn)通信裝置、地面數據處理系統等輔助設施。

　　2　無(wú)人機航攝技術(shù)大比例尺測圖實(shí)驗

　　為保證實(shí)驗精度客觀(guān)真實(shí)，避免儀器誤差、人為誤差、氣候等外界因素影響產(chǎn)生的誤差導致的精度損失，筆者選取河北某居民礦區為實(shí)驗區域，該地區地勢平坦，海拔高度約10 m。實(shí)驗過(guò)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(zhì)量，利用四角布設點(diǎn)組、加密高程控制點(diǎn)布設密度提高像控布設精度及人工干預同名點(diǎn)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(wú)人機系統，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)驗各進(jìn)行一架次飛行，影像覆蓋區域面積分別為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(guò)對不同時(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(mǎn)，旋偏角、姿態(tài)角均滿(mǎn)足規范要求像片進(jìn)行實(shí)驗。

　　2.2　像控點(diǎn)布設與施測

　　對區域性實(shí)驗測區，控制點(diǎn)布設宜采用區域網(wǎng)布點(diǎn)方案 。為有效地提高無(wú)人機航攝技術(shù)測圖精度，提出控制網(wǎng)四角處采用點(diǎn)組布設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 航空攝影測量規范要求標準點(diǎn)位，矩形點(diǎn)位為高程控制加密點(diǎn))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。平差結果表明，較標準點(diǎn)位平差計算結果1∶1 000 測區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(diǎn)測量采用河北省已建CORS 系統，首級控制點(diǎn)為航攝區已有GPS E 級點(diǎn)位，標準點(diǎn)位按內業(yè)布設要求每個(gè)點(diǎn)位獨立觀(guān)測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域隨機采取，按碎部測量要求進(jìn)行。高程控制增強前后基本定向點(diǎn)殘差精度對比。

　　2.3　數據后處理

　　將測區影像進(jìn)行畸變糾正，協(xié)同相應相機參數、POS 數據及像控點(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)人工干預增加連接點(diǎn)個(gè)數以改善模型連接差精度。在自由網(wǎng)平差基礎上引入外業(yè)施測像控點(diǎn)進(jìn)行約束平差，并對公共像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)進(jìn)行誤差統計。1∶500、1∶1 000兩測區均采用區域整體平差方案，以便加密平差更合理，成果精度更高。

　　3　無(wú)人機航攝系統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(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據完整性、綜合取舍的合理性、接邊質(zhì)量等進(jìn)行檢查。數學(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(gè)點(diǎn)位觀(guān)測兩個(gè)時(shí)段，觀(guān)測時(shí)間為5 s。外業(yè)實(shí)測點(diǎn)位對比圖上坐標，計算較差，利用點(diǎn)位中誤差公式算出各個(gè)檢查點(diǎn)的中誤差m，其計算結果見(jiàn)表2、表3。

　　本實(shí)驗中外業(yè)檢查點(diǎn)位選取以實(shí)驗區標準圖幅為單位，每圖幅選取40 個(gè)樣本數據，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)驗條件下地形、地物的平高精度及接邊精均度符合規范及技術(shù)設計書(shū)規定。1∶500 比例尺實(shí)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(shí)驗條件下無(wú)法達到1∶500 規范要求精度。