利用无人机航摄影像进行城市大比例尺测图的关键技术分析

利用无人机航摄影像进行城市大比例尺测图的关键技术分析

胡莉莉

中铁第五勘察设计院集团有限公司北京市102600

摘要：由于无人机外形轻巧、起降成本低、获取影像快速及时等优点，广泛应用于多个方面，比如无人机快速获取地面影像、进行大比例尺航测制图等，获取了符合精度要求的地理空间数据。文章将对影像预处理、空三加密、像控点测量、地图制图、无人机航摄影像大比例尺测图的关键技术进行研究，希望为相关人员提供帮助。

关键词：无人机航摄影像；畸变参数；关键技术；空三加密；立体测绘地形图

引言

随着城市精细化管理和智慧城市建设的逐渐推进，大比例尺地图在城市规划、城市建设、城市的交通和管理等领域发挥着重要作用。传统航空摄影存在任务手续繁杂、对机场和天气条件依赖性较大以及成本较高等问题，造成航摄周期较长，无法满足城市快速发展对高精度影像数据现实性的要求。无人机具有灵活性强、成本低、维护操作简便等特点，是获取小范围大比例尺数据的有效手段，应用此技术可以获得精确的数据，为相关工作奠定基础。

本文采用收集的无人机影像数据，使用专业无人机影像处理软件Pix4D、Inpho进行空三加密，对利用无人机影像制作1：2000地形图的关键技术进行了相关研究。

1无人机航空影像处理技术流程

（1）对无人机航摄影像进行畸变纠正，从而提高影像的精度和效率。

（2）选择合适的航带进行影像金字塔的创建，并建立工程、相机和航带。

（3）不添加控制点的情况下进行自由网平差，添加控制点，剔除粗差点进行控制点网平差，完成空三计算和分析。

（4）将加密成果导入全数字摄影测量系统MapMatrix平台中进行立体测图，最后在CASS软件中进行编辑。

作业流程见图1：

图1作业流程

2无人机航摄影像大比例尺测图的关键技术

2.1影像预处理

无人机低空遥感平台具有升空准备时间短、操作控制较容易、不要求专用升降场地、运行成本低等特点，很好地解决了传统测绘航空摄影所存在的诸多问题。但是无人机影像数据面幅小、畸变大，存下以下问题：

摄像机和镜头的检验校正：由于无人机搭载非量测相机，所获影像存在由于镜头设计、制造缺陷和加工安装误差造成的薄棱镜畸变误差，由CCD镜头形状缺陷引起的径向畸变和由光学系统光心与几何中心不一致造成的偏心畸变。由于畸形误差对图像精度影响较大，需要对影像进行纠正才能进行后期处理，与其他误差相比，由CCD摄像机镜头引起的畸变误差较大，因此，其他误差可以忽略不计。在对CCD摄像机镜头畸变误差纠正过程中，首先对误差进行分析，利用标准标定片上三点的实际像素坐标和理想像素坐标，计算出畸变大小和像点在像坐标系中的坐标，将其进行正确的矫正，避免出现较大的畸变。

影像畸变差改正：使用Pix4D软件在对像片进行畸变差改正。改正时需要的畸变参数有：K1，K2，P1，P2，α，β，航片宽，高，焦距等。软件中通过输入这些参数进行计算，生成新影像，新影像再放到PS中进行匀色处理。注意的是空三加密制作工程时使用此畸变改正后的影像数据以及相应外方位元素。

此种方法减少了Inpho数据整理时间，更加便捷迅速地获得符合精度要求的空三结果，减少了人工调整工序。

2.2空三加密

空三加密是无人机影像处理的主要瓶颈，用于立体测图的区域，要尽量保证每张影像上的加密点密度和均匀性。综合运用多项技术及处理策略是解决问题的关键。主要分为以下几个方面：

（1）加密点应选在航向三片重叠与旁向重叠中线的交点的10mm范围内，以该处影像清楚为准。短焦摄影的像片原则上不要选在房顶上，以避免连接差大的问题；

（2）加密点距离像片边缘不得小于10mm，离各类标志不得小于1mm，点位距离方位线的距离一般应大致相等，且大于50mm；

（3）加密点应选在外控点连线以内，个别不应超出10mm，大于10mm时，应在外控点连线附近增加定向补充点；

（4）当旁向重叠过小，在重叠范围中线附近选不出公共点时，可分别选刺，但两点至旁向重叠中线垂距之和不得大于20mm；

（5）区域网平差的航线连接点宜采用双排点或星形布设。

（6）加密点的量测，相对定向采用自动进行并辅以人工干涉以确保定向点上下视差残差不大于±8μm（0.008mm）；加密点量测时，加密点必须全部作为航向（旁向）连接点进行观测，以便提高模型连接精度。

2.3像控点布控

由于无人机质量较轻、飞行不稳定，飞行过程中，POS数据精确度较低，需要增加地面控制点的数量，以期提高影像的精确度。在保证测量温度和大气压相适应的条件下，根据地面控制点的位置，采用实时动态定位技术，为无人机航测区域进行控制点加密工作。根据小比例尺地图，设计无人机飞行航带，制作精确地面控制点符号，均匀布设地面控制点。

测区内由于当地经济快速发展对无人机数据现势性影响极大，像控点布设密度极高，为常规航测4~5倍，增加了航测外业的难度。

目前所执行的像控布点技术规范是针对传统胶片相机指定，如一味套用将造成外业工作量繁重，所以如何在保证生产精度同时，减少外业布点个数是个重要问题。

首先，对重叠度极高的区域进行挑片处理，调整布点方案。其次，由于采用RTK-电台方案需要假设基站，且基站有效范围为3km左右，对于像控测量极为不便利。因此，选用CORS的方案进行像控测量，可增加像控测量效率。

通过减少像控数目、增加像控测量速度，像控布设效率极大提升。

2.4地形图制图

为了进一步提高无人机影像1：2000地形图制图效率。采取以下几个措施：

（1）对整个数据收集、像控布测、空三加密、立体采集、外业调绘等步骤进行进一步的整合，完善无人机影像1：2000地形图制图流程。

（2）立体采集时尽量选取立体模型中间位置（约1/3处）来采集，远离模型接边差较大的边缘位置，减少了接边的变形，保证了精度。

（3）针对以往作业空三加密以后再进行内业采集工作模式造成的时间浪费，改为先进行相对定向加密处理，内业仅采集地物平面位置信息，而后进行绝对定向，通过对平面位置进行校正后，进一步采集高程信息，内外业同步进行，大大提高了生产效率。

通过对无人机影像立体测图时采集区域的把控，有效地控制了制图精度，减少了无人机畸变对制图结果的影响；相对定向后即进行作业的模式，增强内外业协同的同时，大大增加了测图效率。

结束语

综上所述，无人机航摄影像系统具有轻便、快捷、灵活度高等特点，且具有一定的抗风能力，广泛应用于各行各业，特别是为地理空间数据的快速、实时获取与更新奠定了基础，但是，航摄过程中，由于各种因素影响，影像存在误差，因此要利用相关技术进行处理，以期提高影像的精确度。

参考文献

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