无人机航测成图精度研究

无人机航测成图精度研究

李明喜

河北省水利水电勘测设计研究院河北石家庄050086

摘要：无人机航测技术是20世纪末传入我国并迅速发展起来的。在应急保障、国土资源测绘等工作中得到了广泛应用。无人机(UAV)航测技术具有灵活性、低成本、高精度等以往所没有的特点。然而，另一方面，航测影像的准确性也面临许多问题。航测区地形起伏变化、高程变化、被测物倾斜角度和倾斜方向的规律性等多种因素容易影响影像精度，造成影像失真、影像失真、影像分辨率低等影响测绘精度的情况。这对航测技术的发展也有影响。

关键词：无人机航测；成图精度；因素

引言

随着新科技、新方法不断应用于测绘领域，我国的测绘技术得到了快速发展。而无人机航测技术作为继卫星遥感技术之后又一新型技术给当前我国整个测绘行业带来了深刻的影响。无人机航测与传统测绘技术相比，具有方便快捷、灵活测量、高精度、低消耗、应用范围广等一系列优点。但是无人机航测过程容易受到一些外界因素的干扰，进而对无人机航测成图精度造成影响，并对航测的准确性与科学性产生影响。

1无人机航测成图精度的影响因素分析

1.1无人机航测高度

无人机航测高度的差异将直接影响测绘精度。通常，航测高度的差异不仅会影响图像中每个像素点的大小，而且高度的变化也会影响航测照片相位幅度的大小；一般情况下，无人机飞行高度在逐渐增高，图像中每个像素的真实数值也就会越来越小，图像的精确度也会越来越低。因此，在无人机航测中根据地形的变化，选择恰当的航测的高度可以有效提高无人机航测的精确度。

1.2像控点设置的影响

在进行无人机航测时，影像控制点的设置对航测制图质量有重要影响。控制点的合理科学设置可以有效提高后期航测制图的精度，另一方面也将影响航测制图的质量。所以，在进行无人机航测前期准备时，必须对像控点进行周全的设置，进而确保控制点设置的科学性与合理性。在实际的设置中，首先要保证每次航测都要有不少于5个的像控设置点；而在遇到地形复杂的航测任务时，由于地形变化较大或者植被覆盖程度较高，就会容易造成像控点被覆盖的状况，进而很可能导致无人机航测工作中出现飞行覆盖程度不够，出现翘曲现象发生，造成航测数据精度不高，对航测质量产生不利影响。因此这种情况下要适当增加像控点。

1.3航测图像质量因素

无人机航测时的天气状况和自身因素是影响无人机航测图像质量的两个主要因素。首先天气状况主要指的是无人机进行航测时所处的风雪、大风、大雾等天气状况。比如当航测下的风速过大时，会造成无人机无法正常飞行。另外大风状况下无人机很难实现平稳飞行与航测，进而导致航测图像发生大幅度扭曲，降低图像精确度，同时也会阻碍航测任务的工作进度。无人机本身因素主要指的是无人机装备的相机像素与曝光时间设置的不合理；一般情况下像素主要受到相机本身的影响，人为因素很难控制，而曝光条件通常受到航拍时光照条件影响，如果光线条件相对较好，需要尽量对曝光时间进行降低。

2无人机航测在数字线画图的应用

无人机航测技术是通过无人机携带的航测设备获取目标测量区域的图像数据，并利用航测后处理软件对数据进行处理，从而获取目标信息的技术。无人机航测的最终成果有：正射影像图（DOM）、地表三维模型（DSM）、数字高程模型(DEM)和数字线画图（DLG）等数据产品。无人机航测技术的发展是基于传统航测，但其数据获取模式和数据处理方式又有优于传统航测的方面。在快速获取小区域和飞行困难地区高分辨率影像方面具有明显优势。无人机航测技术的设备、软件、技术流程及质量控制等，都还存在欠成熟之处。由于无人机的机身重量较轻且所携带的相机是普通数码相机，其本身与量测型相机在拍摄方式和后期处理上都与传统的航空摄影测量有所不同。因此，在无人机航测的各个阶段存在诸多影响精度的因素。随着定位技术和影像后处理技术以及其相关技术的发展，无人机航测获取数据的精度水平有大幅提高。经过一系列的应用检验，无人机航测数据的成图精度是完全可以满足1∶2000地形图的精度要求。然而受到诸多方面误差的影响，其成图精度很难满足更大比例尺的要求。现阶段采用无人机航测技术成图的误差来源，除了在数据获取过程中产生的误差外，还有在后期影像数据处理过程中产生的误差，特别是对地面点数据判别错误产生的误差。由于地物和植被的遮挡，影像并不能直接拍摄到真实的地面点，需要在数据处理过程中提取地面点数据，如何高效并准确地将遮挡区域的地面点数据进行识别，是提高数字线画图成图精度的关键步骤。

3方案及精度分析

3.1影像获取

项目作业区位于中国东南部山区，最高海拔530米，最低海拔30m，地形以山地丘陵为主，植被相对密集。无人机航测数据的后处理比较困难，更适合处理方案的效果验证。为保证作业质量，本项目航飞定位系统采用GPS-PPK，GPS-PPK技术由于减少了电台模块，不但减轻了重量，降低了用电量，还摆脱了电台控制范围的约束，避免了电台干扰造成的精度降低，更适合于无人机测量的使用。在航摄飞行中尽量保持飞行姿态的平稳，采用较大的转弯半径，飞机倾斜角不大于15°。为了提高后期影像处理的精度，航向重叠度设定为80%；相邻航线的相片旁向重叠度设定为60%。航飞外业采用航飞设计软件TrimbleAerialImaging和GPS解算软件TBC2.5，整个作业过程严格按照相关规范要求进行。对航飞成果的飞行质量、摄影质量、航摄最终成果质量等进行了严格检查，确保所有成果资料符合相关规范的精度要求。

3.2像控点布设

影像控制点的布设是航测数字制图和DOM制作的重要环节。其布局效率将直接影响后续工作进度。此外，图像控制点的布局也是影响最终映射和DOM精度的重要因素。本实验区域像控点布设采用区域网布点方案，在测区的周边布设多个控制点，对测区进行整体控制，高程控制点采用网状形式布点。为了提高该测区数字线画图成图的整体精度，布设前对测区遮挡情况进行事先分析，采取了对于地物和植被遮挡严整区域加设加密像控点的方案。原则上在山顶、山脊和山谷等关键部位布设少量像控点。此方法可大幅提高该类区域地面点判别的准确度，以达到提高成图精度的目的。

3.3数据处理

数据处理采用系统自动处理加人工干预的处理方法。在后期数据处理过程中，在影像模糊、影像比例尺差异大的区域进行人工干预，提高了模型的连接差精度。在处理过程中，将像控点数据引入进行约束平差，并对基本定向点和检查点进行了误差统计。

3.4测图精度分析

为检测项目的成图精度，从工程项目中选取了具有代表性的地形作为对比区域，采用人工实测的方法按照1∶500地形图的精度要求进行测量。为了减少检测过程中的误差，平面检测点选取影像图上较为清晰的房屋角点、道路拐点、电杆等明显地物点。选取具有代表意义的地形，以5~10m的间隔距离采集高程检测点，以人工实测的数据作为真值，检测数字地形图上相应点位的中误差。

结语

随着科技的发展，无人机航测技术以其诸多的优点而逐渐被应用到测绘工作中，使测绘工作方式发生了重大变化，但与此同时在航测成图时也面临着许多问题，比如受到强风以及强气流影响，导致飞行不稳定，造成测图定向点和立体模型套合差大、接边精度不够。因此，这就需要科技工作者及一线测绘人员不断探索，勇于创新，对航测技术进行不断完善，使航测成图更加符合不断发展的行业要求，在更多的领域得到广泛应用。

参考文献

[1]韩文军，雷远华，周学文.无人机航测技术及其在电网工程建设中的应用探讨[J].电力勘测设计，2014（3）：62~67.

[2]刘刚，许宏健，马海涛，等.无人机航测系统在应急服务保障中的应用与前景[J].测绘与空间地理信息，2013，34（4）：177~179.