■萬繼合

（中化二建集團(tuán)有限公司 山西太原030021）

基于無人機(jī)航測系統(tǒng)外業(yè)像控初探

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（中化二建集團(tuán)有限公司 山西太原030021）

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)有了較大的發(fā)展，在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于無人機(jī)的體積小巧，具有快速反應(yīng)的優(yōu)勢。同時(shí)其受到天氣以及空域管制影響較小，可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得所需要的影像，所以利用無人機(jī)進(jìn)行航空測量，尤其是對于獲取影像較困難的地區(qū)進(jìn)行航空測量具有重要意義。本文介紹了無人機(jī)航測系統(tǒng)外業(yè)像控方面的內(nèi)容，特別是像控點(diǎn)的布設(shè)、外業(yè)控制與測圖精度關(guān)系等內(nèi)容，希望對相關(guān)的專業(yè)人士能有所幫助。

無人機(jī)航測像控點(diǎn)精度

0　前言

近些年我國的無人機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，尤其是在輕型無人機(jī)方面技術(shù)發(fā)展較快，使得利用無人機(jī)低空飛行進(jìn)行航空攝影測繪成為了可能。由于無人機(jī)自身體積較小，機(jī)動靈活，同時(shí)受到天氣以及空域管制影響較小，可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得所需要的影像，所以利用無人機(jī)進(jìn)行航空測量，尤其是對于獲取影像較困難的地區(qū)進(jìn)行航空測量具有重要意義。同時(shí)也可以應(yīng)用在城市規(guī)劃、國家、地理監(jiān)測、數(shù)字化城市建設(shè)以及工程測繪等方面。但是現(xiàn)階段的低空無人機(jī)航攝系統(tǒng)存在著一定的問題，包括工作效能、測量精度等方面。因此需要我們通過研究像控點(diǎn)布設(shè)、外業(yè)控制與測圖精度關(guān)系等方面的內(nèi)容來解決現(xiàn)階段無人機(jī)航測系統(tǒng)的相關(guān)問題。

1　無人機(jī)航測系統(tǒng)基本組成

（1）所謂的無人機(jī)主要是指通過無線電控制設(shè)備以及相應(yīng)的程序控制器來控制的不載人的飛機(jī)。而無人機(jī)航測系統(tǒng)指的是通過無人駕駛器（無人機(jī)）作為飛行平臺，通過上部載有的數(shù)碼攝像設(shè)備進(jìn)行拍攝，然后通過相關(guān)的分析軟件對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。無人機(jī)航測系統(tǒng)主要包括如下幾個(gè)部分：無人機(jī)飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)、影像獲取設(shè)備、通信設(shè)備、遙控設(shè)備以及地面信息接收與處理設(shè)備等。

（2）其中的飛行控制系統(tǒng)主要包括的內(nèi)容有：用于保持穩(wěn)定飛行姿態(tài)的垂直陀螺、用于獲得飛行平臺位置信息的GPS接收天線、用于控制無人機(jī)飛行的微處理器。

2　無人機(jī)航測系統(tǒng)精度問題

2.1影響無人機(jī)航測精度的相關(guān)要素

無人機(jī)航測系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于相關(guān)因素的影響會存在著一定的誤差，這些因素主要包括：測量儀器誤差、人為誤差以及氣候條件等外界因素造成的誤差。

第一，測量儀器誤差。由于測量儀器在設(shè)計(jì)以及制作過程中存在一定的缺陷，或者經(jīng)過校驗(yàn)之后還存在殘余誤差。這些誤差主要是由于傳感器量化過程造成的系統(tǒng)性誤差。

第二，人為誤差。主要是由于控制人員的身體感官鑒別能力、自身的技術(shù)能力以及相應(yīng)的工作態(tài)度等因素造成的誤差，同時(shí)還包括像控識別、空三加密以及立體采集所造成的人為誤差。

第三，外界因素造成的誤差。由于氣候條件等因素對于飛行器姿態(tài)以及成像質(zhì)量影響所造成的誤差。

2.2無人機(jī)航攝誤差分析

由于無人機(jī)受到自身體積以及載重等方面的限制，不能承載普通的航攝儀進(jìn)行飛行航空測繪攝影?，F(xiàn)階段大多數(shù)采用的是中幅面CCD作為傳感器的感光部分，通過必要的加固以及相關(guān)電力的改裝之后，成為性能相對穩(wěn)定的數(shù)碼相機(jī)。但是由于感光單元的非正方形因子、非正交性以及存在著畸變差等問題，使得此種數(shù)碼相機(jī)所測量的結(jié)果存在著一定的誤差。

解決的方式就在于積極研發(fā)高性能、適應(yīng)無人機(jī)航攝用的數(shù)碼設(shè)備的同時(shí)，要采用必要的軟件設(shè)備對所測量的結(jié)果進(jìn)行一定的修正，通過大量的數(shù)據(jù)積累形成較為真實(shí)的修正方式是現(xiàn)階段較好的處理航攝誤差的方式。

2.3像片控制測量誤差分析

無人機(jī)的像控點(diǎn)精度主要包括刺點(diǎn)精度以及觀測精度兩種。在基本滿足觀測精度設(shè)計(jì)要求的條件下，刺點(diǎn)精度就成為影響像片控制測量精度的最主要因素。但是在實(shí)際操作中由于無人機(jī)的像幅一般比較小，可以進(jìn)行選擇像控點(diǎn)位的范圍比較小，所以常常發(fā)生在像控點(diǎn)布設(shè)區(qū)域內(nèi)不易找到明顯地物刺點(diǎn)的情況，特別是在人員居住較少的野外地區(qū)。在制約像控點(diǎn)精度因素中像控點(diǎn)的選擇地物棱角是否明顯、影像的反差是否是理想的地點(diǎn)等是主要的因素。這就要求在航線網(wǎng)的區(qū)域內(nèi)布置較為明顯的像控點(diǎn)，確保在現(xiàn)有無人機(jī)攝像能力的情況下可以真實(shí)清晰的找到地物刺點(diǎn)。

2.4精度統(tǒng)計(jì)方法介紹

評價(jià)某個(gè)測試區(qū)平差結(jié)果主要是看檢查點(diǎn)以及加密點(diǎn)的精度情況。在精度統(tǒng)計(jì)分析過程中，采用的誤差統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)包括：

①平均值—主要是指估算樣本的平均值（是指算術(shù)平均值）。

②標(biāo)準(zhǔn)差值—主要是指估算總體的標(biāo)準(zhǔn)偏差，標(biāo)準(zhǔn)偏差主要是反應(yīng)相對于平均值的離散程度。

③中誤差值—主要是指在相同觀測條件下的真誤差平方中數(shù)的平方根。

其中：m為檢查點(diǎn)中誤差，單位為米；△為檢查點(diǎn)野外實(shí)測值與解算值的誤差，單位為米；n為參與評定精度的檢查點(diǎn)數(shù)。

④粗差剔除—按照正態(tài)分布觀測值的95%概率進(jìn)行誤差值粗差剔除。

⑤最大值—取粗差剔除后控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)值中的最大值。

3　無人機(jī)航測系統(tǒng)像控點(diǎn)的布設(shè)方式

3.1像控點(diǎn)布設(shè)問題分析

（1）對于航線網(wǎng)中間像控點(diǎn)偏離航線中線過大問題。正常情況下，位于航線網(wǎng)中間的一對（或者是一個(gè)）像控點(diǎn)應(yīng)該布設(shè)在航線兩端像控點(diǎn)的中線區(qū)域，允許偏離中線的位置不應(yīng)該超出半條基線。但現(xiàn)實(shí)實(shí)施中往往出現(xiàn)中間像控點(diǎn)偏離中線距離過大的情況，這些問題的產(chǎn)生主要是由于相關(guān)的作業(yè)人員對于航線網(wǎng)中間點(diǎn)布設(shè)位置對內(nèi)業(yè)加密精度影響不了解。

（2）在實(shí)際操作中，像片主點(diǎn)落水的像對沒有按照平高全野外布點(diǎn)，出現(xiàn)像片主點(diǎn)落水或者是水域?qū)⑾衿膬?nèi)容覆蓋掉，這就造成了像對不能與其相鄰的像對無縫連接。還有就是常常會在水域的一邊設(shè)置平高點(diǎn)，而在另外一邊設(shè)置高程點(diǎn)，還有的情況是設(shè)置三個(gè)平高點(diǎn)，一個(gè)高程點(diǎn)的情況。這些像控點(diǎn)布設(shè)方式與成圖要求相悖，不能有效進(jìn)行外業(yè)操作，一定要按照像對進(jìn)行平高全野外布點(diǎn)，特別要注意的是在航線區(qū)域網(wǎng)內(nèi)不應(yīng)包含主點(diǎn)落水像對。

（3）對于形狀不規(guī)則的區(qū)域網(wǎng)來說在凹凸角的位置以及中間位置像控點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)。在實(shí)際操作過程中常常會遇到所測區(qū)域形狀不規(guī)則的情況，這就會導(dǎo)致所劃分的區(qū)域網(wǎng)形狀也不規(guī)則，出現(xiàn)四周凹凸不齊的情況，對于布點(diǎn)來說比較困難。

3.2像控點(diǎn)布設(shè)問題解決方式

（1）首先在進(jìn)行像控點(diǎn)設(shè)置時(shí)務(wù)必要遵守相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，不能任意增加基線數(shù)量，否則的話會很大程度上影響內(nèi)業(yè)加密的精度，也會降低成圖的數(shù)學(xué)精度。同時(shí)基線數(shù)量不能過少，否則會使得人力、財(cái)力有較大的浪費(fèi)，大大增加外業(yè)方面的工作量。

（2）由于常常通過基線數(shù)量來衡量像控點(diǎn)在航線方向上的間隔距離，所以相關(guān)作業(yè)人員必須要對限制像控點(diǎn)間的基線數(shù)量和保證加密精度兩者之間關(guān)系有正確的認(rèn)識和理解。

（3）確保位于航線網(wǎng)中間的一對（或者是一個(gè)）像控點(diǎn)應(yīng)該布設(shè)在航線兩端像控點(diǎn)的中線區(qū)域，允許偏離中線的位置不應(yīng)該超出半條基線。

（4）在進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)要確保像片主點(diǎn)落水是按照像對進(jìn)行平高全野外布點(diǎn)的，同時(shí)保證主點(diǎn)的落水像對不應(yīng)包括在航線區(qū)域網(wǎng)中。

（5）在不規(guī)則的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，常常是在凸角位置布設(shè)平高點(diǎn)、在凹角位置布設(shè)高程點(diǎn)。若出現(xiàn)凹角點(diǎn)與凸角點(diǎn)之間的距離較大（超出兩條基線情況）的情況，在凹角點(diǎn)處也要布設(shè)成平高點(diǎn)，如圖1所示。

當(dāng)在階梯形區(qū)域進(jìn)行航線網(wǎng)布設(shè)時(shí)，凹凸角點(diǎn)同樣要遵循上述原則，同時(shí)在區(qū)域的中間位置的點(diǎn)要盡可能布設(shè)在航線段的中央位置。

圖1　平高點(diǎn)布置圖

4　結(jié)束語

在現(xiàn)代的低空航測中無人機(jī)是應(yīng)用的熱點(diǎn)，因?yàn)槠渚哂休^大的靈活性，飛行成本較低，也不會受到機(jī)場等方面的限制。但是由于無人機(jī)一般體積較小，其能承受的負(fù)載有限，所以其航測系統(tǒng)所具有的攝像設(shè)備所能獲得的像片像幅較小，航測的工作量很大，所以不太適合航測區(qū)域較大的情況。并且由于受到攝像設(shè)備、人員以及氣候條件等的限制使得無人機(jī)的測圖精度相對較低。同時(shí)航線網(wǎng)中的像控點(diǎn)布設(shè)也存在著一定的問題，這些都需要我們不斷更新自身知識，努力提升無人機(jī)航測技術(shù)。

[1]羅偉國.關(guān)于無人機(jī)航測系統(tǒng)外業(yè)像控的探討 [J].礦山測量,2012（05）:15-17.

[2]薛阿亮.無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用于實(shí)踐 [J].陜西煤炭,2013（06）:28-29.

V279+.2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-2-170-2

萬繼合（1986～），男，畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)，研究方向?yàn)闇y繪地理信息。