以沙苑實(shí)驗(yàn)區(qū)1∶1000無人機(jī)大比例尺數(shù)字化成圖生產(chǎn)為例，闡述了無人機(jī)數(shù)據(jù)空三加密流程，采用三種方案進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探討了提高無人機(jī)大比例尺數(shù)字化成圖精度的方法。
關(guān)鍵詞:無人機(jī);空中三角測(cè)量;POS
0引言
目前，小型無人機(jī)對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為世界各國(guó)爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)課題，并在實(shí)際應(yīng)用過程中不斷提升無人機(jī)對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的性能。與傳統(tǒng)測(cè)量方法、衛(wèi)星遙感和航空遙感相比，無人機(jī)遙感具有高時(shí)效、高分辨率、低成本、低損耗、低風(fēng)險(xiǎn)及可重復(fù)等諸多優(yōu)勢(shì)，能夠在大面積區(qū)域、常規(guī)航攝困難地區(qū)和突發(fā)自然災(zāi)害地區(qū)快速獲取高分辨率影像，可以更快、更高效地制作大比例尺地形圖、DEM、DOM和DSM等數(shù)字產(chǎn)品及數(shù)字三維城市[1，2]。并且快速獲取的國(guó)土、資源、環(huán)境等地理信息的空間要素，已廣泛應(yīng)用到大比例尺地形圖繪制與更新、自然災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境勘查、土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、電力工程、海洋資源與環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)能開發(fā)勘測(cè)、交通、軍事等領(lǐng)域[3]。同時(shí)，無人機(jī)在應(yīng)急測(cè)繪、中小區(qū)域測(cè)繪、農(nóng)村建設(shè)測(cè)繪和困難地區(qū)測(cè)繪中都發(fā)揮著重要的作用[4]。因此，如何提高無人機(jī)大比例尺成圖精度具有一定的研究?jī)r(jià)值。
1無人機(jī)數(shù)據(jù)空三加密流程
本研究采用航天遠(yuǎn)景空三處理軟件DATMatrix，DATMatrix數(shù)碼新空三是由航天遠(yuǎn)景公司自主開發(fā)的空中三角測(cè)量系統(tǒng)。利用少量的地面控制點(diǎn)來重新計(jì)算實(shí)驗(yàn)區(qū)中所有影像新的外方位元素和所有加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)。該系統(tǒng)主要針對(duì)小數(shù)碼影像，也支持大數(shù)碼影像和膠片影像。除半自動(dòng)量測(cè)控制點(diǎn)外，其他所有作業(yè)，如內(nèi)定向、連接點(diǎn)提取等都可以自動(dòng)完成。連接點(diǎn)自動(dòng)提取模塊算法先進(jìn)、效率高、運(yùn)行可靠、結(jié)果精確。該系統(tǒng)集成PATB光束法區(qū)域網(wǎng)平差軟件，所以粗差檢測(cè)功能和平差計(jì)算功能都很強(qiáng)大。DATMatrix空三處理流程如圖1所示。
圖1DATMatrix空三處理流程
2研究區(qū)及數(shù)據(jù)介紹
沙苑實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行無人機(jī)航拍時(shí)，天氣晴朗，風(fēng)速2級(jí)，符合飛行氣象條件。本次實(shí)驗(yàn)采用NIKOND800數(shù)碼相機(jī)，鏡頭焦距為23.8889mm，像幅為7360×4912，像素大小為0.0048mm×0.0048mm。采用相對(duì)航高510m，測(cè)區(qū)共4條航線，48張無人機(jī)影像。沙苑實(shí)驗(yàn)區(qū)航帶分布如圖2所示。
圖2沙苑研究區(qū)航帶分布圖
3數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)
1)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
沙苑試驗(yàn)區(qū)1∶1000航攝精度提高方法研究方案如下:
方案一:對(duì)比有無POS數(shù)據(jù)參與時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)結(jié)果的精度。
方案二:先在實(shí)驗(yàn)區(qū)外圍布設(shè)4個(gè)控制點(diǎn)，然后逐漸向?qū)嶒?yàn)區(qū)均勻加點(diǎn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)區(qū)平面和高程精度變化情況。
方案三:在實(shí)驗(yàn)區(qū)平面高程均達(dá)到精度要求時(shí)，增加路面高程控制點(diǎn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)區(qū)高程精度變化情況。
2)方案一
POS系統(tǒng)獲取航空攝影曝光時(shí)刻影像的空間位置和姿態(tài)，在自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)過程中，POS數(shù)據(jù)輔助空三轉(zhuǎn)點(diǎn)能夠快速進(jìn)行影像匹配，縮小同名點(diǎn)的搜索范圍。方案一對(duì)沙苑實(shí)驗(yàn)區(qū)1.7km2的范圍，采用航天遠(yuǎn)景DATMatrix2.0軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，對(duì)有無POS數(shù)據(jù)輔助自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)的結(jié)果，從效率、個(gè)數(shù)、精度3個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果見表1。
表1POS輔助自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)精度對(duì)比
3)方案二
POS輔助空三自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)完成后，在影像上缺少連接點(diǎn)的地方添加連接點(diǎn)，刪除和編輯粗差點(diǎn)。平差解算后編輯、刪除爭(zhēng)議點(diǎn)列表里的粗差點(diǎn)，直到滿足平差精度。量測(cè)控制點(diǎn)時(shí)，先在工程區(qū)域的四角周邊刺入4個(gè)控制點(diǎn)，然后均勻加入其他控制點(diǎn)，邊加點(diǎn)邊平差，直至平差達(dá)標(biāo)。加點(diǎn)方案如圖3所示。
圖3沙苑加點(diǎn)方案圖
?、偈紫仍诓捎?1條基線跨兩條航線的布點(diǎn)方案，在測(cè)區(qū)的四周布設(shè)4個(gè)點(diǎn)，在圖3中用序號(hào)1表示。
?、诓捎?0條基線不跨航帶的布點(diǎn)方案，在第一步的基礎(chǔ)上在第二、第三條航線的首尾分別布設(shè)一個(gè)點(diǎn)，在圖3中用序號(hào)2表示。此時(shí)，測(cè)區(qū)總共布設(shè)了8個(gè)點(diǎn)。
?、墼诘诙降幕A(chǔ)上分別在4條航帶的中間分別布設(shè)一個(gè)點(diǎn)，在圖3中用序號(hào)3表示。此時(shí)采用5條基線或6條基線的布點(diǎn)方案進(jìn)行布點(diǎn)，測(cè)區(qū)總共布設(shè)了12個(gè)點(diǎn)。
④在上面的布點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)左半邊的控制點(diǎn)進(jìn)行加密，布設(shè)4個(gè)點(diǎn)，在圖3中用序號(hào)4表示，此時(shí)對(duì)于左半邊為2條或3條基線進(jìn)行布點(diǎn)，對(duì)于右半邊仍按照6條基線布點(diǎn)。此時(shí)，測(cè)區(qū)總共布設(shè)16個(gè)點(diǎn)。
?、萃軐?duì)右半邊的控制點(diǎn)進(jìn)行加密，布設(shè)4個(gè)點(diǎn)，在圖3中用序號(hào)5表示，此時(shí)整個(gè)測(cè)區(qū)按照2條或3條基線的布點(diǎn)方案進(jìn)行布點(diǎn)，測(cè)區(qū)總共布設(shè)20個(gè)點(diǎn)。
通過對(duì)沙苑實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到控制點(diǎn)的平面和高程精度隨著逐步加點(diǎn)的變化如圖4所示。
圖4沙苑平面、高程精度對(duì)比圖
從圖4分析可得，沙苑實(shí)驗(yàn)區(qū)在加密時(shí)，按照方案逐步加點(diǎn)，其平面和高程精度不斷提高。測(cè)區(qū)完成第三步加點(diǎn)后，基本定向點(diǎn)平面精度達(dá)到規(guī)范要求(0.3m)，高程精度達(dá)到規(guī)范要求(0.2m)，隨著控制點(diǎn)的增加，平面和高程精度不斷提高，當(dāng)控制點(diǎn)到達(dá)16個(gè)(即就是按照4條基線或者5條基線布點(diǎn))以后，隨著控制點(diǎn)的增加，其精度變化趨于平穩(wěn)。
4)方案三
對(duì)于無人機(jī)航空攝影測(cè)量來說，無論是飛機(jī)飛行因素還是實(shí)驗(yàn)區(qū)高差因素的影響，高程精度總是沒有平面精度容易達(dá)到規(guī)范要求。因此，我們提出在實(shí)驗(yàn)區(qū)的硬化地表上均勻加一些高程點(diǎn)用來參與高程平差，通過與沒有硬化地表點(diǎn)的加密結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表2。
表2有無硬化地表點(diǎn)參與加密的精度對(duì)比(單位:m)
通過上表計(jì)算可得，未加硬化地表高程點(diǎn)時(shí)高程中誤差為0.221，加上硬化地表點(diǎn)之后高程中誤差為0.183(規(guī)范0.28m)。因此，可采用測(cè)區(qū)硬化地表高程點(diǎn)參與高程平差，來提高測(cè)區(qū)空三加密成果精度。
4結(jié)束語
本文以沙苑測(cè)區(qū)為研究對(duì)象，根據(jù)不同方案進(jìn)行加密試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，得出提高無人機(jī)大比例尺航攝成圖精度的方法，為無人機(jī)航攝成圖奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
1)POS數(shù)據(jù)參與空三轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)點(diǎn)質(zhì)量明顯優(yōu)于沒有POS數(shù)據(jù)參與的情況，POS參與空三加密可提高成圖精度。
2)引入硬化地表高程點(diǎn)參與平差，能提高空三加密的高程精度，從而提高整個(gè)地形圖的成圖精度。
3)對(duì)于1∶1000的類似于沙苑實(shí)驗(yàn)區(qū)的平原來說，選取5條基線的布點(diǎn)方案就可以滿足《GBT23236-2009數(shù)字航空攝影測(cè)量———空中三角測(cè)量規(guī)范》，若按照此方案來進(jìn)行外業(yè)像控布點(diǎn)，不但不會(huì)造成外業(yè)盲目的工作量，而且可以使加密精度有所保證，從而提高大比例尺成圖精度。
參考文獻(xiàn):
[1]高福山，胡吉倫，王黎.無人機(jī)低空攝影測(cè)量在電力工程中的應(yīng)用[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2010，17(2):19-22.
[2]肖高銘，詹衛(wèi)華，張艷紅.淺談空中三角測(cè)量在實(shí)際工作中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息，2007，30(6):161-164.
[3]滿燕，羅瞳.IMU/DGPS輔助的大跨度航線區(qū)域網(wǎng)平差精度分析[J].地理空間信息，2010，8(3):86-89.
[4]李金火，張其康，陳碧興.大比例尺航測(cè)成圖的航攝比例尺探討[J].地礦測(cè)繪，2002，18(2):28-29.
聲明：轉(zhuǎn)載本文僅限行業(yè)學(xué)習(xí)交流之用，版權(quán)、著作權(quán)歸原載平臺(tái)及作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除。
