無人(rén)機航攝大(dà)比例尺測圖研究

　　随著(zhe)無人(rén)機航空攝影(yǐng)在測繪行業的(de)推廣和(hé)應用(yòng)，利用(yòng)無人(rén)機作爲遙感平台搭載非量測相機進行1∶2 000 比例尺成圖研究已逐漸得(de)到推廣應用(yòng) ，而高(gāo)精度大(dà)比例尺(1∶1 000、1∶500)地形圖測繪由于無人(rén)機所獲取的(de)影(yǐng)像存在更大(dà)、更複雜(zá)的(de)幾何變形問題成爲亟待研究的(de)重點和(hé)難點。

　　1　無人(rén)機航攝系統構成

　　低空無人(rén)機UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 航攝系統 是集無人(rén)駕駛飛(fēi)行器、遙感及GPS 導航定位等技術于一體建立起來(lái)的(de)一種高(gāo)機動性、低成本和(hé)小型化(huà)、專用(yòng)化(huà)的(de)遙感系統。

　　無人(rén)機航測系統主要包括無人(rén)機飛(fēi)行平台、飛(fēi)行控制系統和(hé)非量測型面陣CCD 數碼相機，以及地面站、遠(yuǎn)程無線通(tōng)信裝置、地面數據處理(lǐ)系統等輔助設施。

　　2　無人(rén)機航攝技術大(dà)比例尺測圖實驗

　　爲保證實驗精度客觀真實，避免儀器誤差、人(rén)爲誤差、氣候等外界因素影(yǐng)響産生的(de)誤差導緻的(de)精度損失，筆者選取河(hé)北(běi)某居民礦區(qū)爲實驗區(qū)域，該地區(qū)地勢平坦，海拔高(gāo)度約10 m。實驗過程中采取提高(gāo)傳感器配置、嚴控航拍(pāi)外界環境以提高(gāo)原始影(yǐng)像獲取質量，利用(yòng)四角布設點組、加密高(gāo)程控制點布設密度提高(gāo)像控布設精度及人(rén)工幹預同名點匹配提高(gāo)平差解算(suàn)精度等措施以減小各項誤差影(yǐng)響。。

　　2.1　影(yǐng)像數據獲取

　　本研究飛(fēi)行平台采用(yòng)固定翼無人(rén)機系統，影(yǐng)像航向重疊度爲70%，旁向重疊度爲35% 。如圖2 所示，1∶1 000、1∶500 兩組實驗各進行一架次飛(fēi)行，影(yǐng)像覆蓋區(qū)域面積分(fēn)别爲10 km2、9km2 ，從中挑選姿态角度符合要求且覆蓋地面信息豐富的(de)兩組影(yǐng)像參與後期平差處理(lǐ)。

　　爲減小外部環境對(duì)影(yǐng)像拍(pāi)攝影(yǐng)響，影(yǐng)像的(de)獲取采取多(duō)次航拍(pāi)取最優的(de)方式，通(tōng)過對(duì)不同時(shí)相影(yǐng)像進行分(fēn)析，最終選取天氣晴朗、無風，影(yǐng)像質量清晰、顔色飽滿，旋偏角、姿态角均滿足規範要求像片進行實驗。

　　2.2　像控點布設與施測

　　對(duì)區(qū)域性實驗測區(qū)，控制點布設宜采用(yòng)區(qū)域網布點方案 。爲有效地提高(gāo)無人(rén)機航攝技術測圖精度，提出控制網四角處采用(yòng)點組布設方案及加密高(gāo)程控制點密度(如圖3 所示，圓形點位爲1∶1 000、1∶500 航空攝影(yǐng)測量規範要求标準點位，矩形點位爲高(gāo)程控制加密點)兩項技術措施，有效地提高(gāo)了(le)控制網解算(suàn)的(de)可(kě)靠性及精确性。平差結果表明(míng)，較标準點位平差計算(suàn)結果1∶1 000 測區(qū)空中三角測量整體精度得(de)到了(le)優化(huà)，1 ∶500 精度變化(huà)不明(míng)顯。

　　控制點測量采用(yòng)河(hé)北(běi)省已建CORS 系統，首級控制點爲航攝區(qū)已有GPS E 級點位，标準點位按内業布設要求每個(gè)點位獨立觀測3 次，外業加密點選取硬質路面、學校操場(chǎng)等高(gāo)程精度可(kě)靠性高(gāo)的(de)區(qū)域随機采取，按碎部測量要求進行。高(gāo)程控制增強前後基本定向點殘差精度對(duì)比。

　　2.3　數據後處理(lǐ)

　　将測區(qū)影(yǐng)像進行畸變糾正，協同相應相機參數、POS 數據及像控點成果，利用(yòng)影(yǐng)像同名點自動相關技術自動提取同名地物(wù)點，本實驗中爲保證模型的(de)連接精度，采用(yòng)SIFT 特征匹配算(suàn)法， 在影(yǐng)像模糊、比例尺變化(huà)差異較大(dà)處通(tōng)過人(rén)工幹預增加連接點個(gè)數以改善模型連接差精度。在自由網平差基礎上引入外業施測像控點進行約束平差，并對(duì)公共像控點和(hé)檢查點進行誤差統計。1∶500、1∶1 000兩測區(qū)均采用(yòng)區(qū)域整體平差方案，以便加密平差更合理(lǐ)，成果精度更高(gāo)。

　　3　無人(rén)機航攝系統大(dà)比例尺成圖精度分(fēn)析

　　3.1　精度評度

　　精度評定包含地理(lǐ)精度評定和(hé)數學精度評定兩方面。地理(lǐ)精度評定采取外業巡視的(de)方法對(duì)圖面地理(lǐ)要素的(de)正确性及數據完整性、綜合取舍的(de)合理(lǐ)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(hé)高(gāo)程評定，主要采用(yòng)GPS 快(kuài)速靜态的(de)方式測得(de)， 每個(gè)點位觀測兩個(gè)時(shí)段，觀測時(shí)間爲5 s。外業實測點位對(duì)比圖上坐(zuò)标，計算(suàn)較差，利用(yòng)點位中誤差公式算(suàn)出各個(gè)檢查點的(de)中誤差m，其計算(suàn)結果見表2、表3。

　　本實驗中外業檢查點位選取以實驗區(qū)标準圖幅爲單位，每圖幅選取40 個(gè)樣本數據，爲減少人(rén)爲誤差，點位選取以水(shuǐ)泥路拐角、雨(yǔ)水(shuǐ)井蓋等位置清晰、高(gāo)程穩定的(de)特征地物(wù)爲主。

　　3.2　大(dà)比例尺成圖精度誤差分(fēn)析

　　根據枟1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形圖航空攝影(yǐng)測量數字化(huà)測圖規範枠要求(等高(gāo)距1 m)，1∶1 000 比例尺平面中誤差<0.6 m，高(gāo)程中誤差<1/3 m，由上表3、表4 可(kě)知，1∶1 000比例尺實驗條件下(xià)地形、地物(wù)的(de)平高(gāo)精度及接邊精均度符合規範及技術設計書(shū)規定。1∶500 比例尺實驗平面中誤差>0.3 m，高(gāo)程中誤差>1/3 ×0.5 =0.17 m，因此，本實驗條件下(xià)無法達到1∶500 規範要求精度。