申 偉

（河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003）

基于PixelGrid系統(tǒng)的無人機自動空三的研究

申 偉

（河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003）

本文以PixelGrid系統(tǒng)無人機數(shù)據(jù)處理模塊（UVA）為基礎，對數(shù)字測量的無人機自動空三測量作業(yè)方法進行介紹，并結合實際應用，分析了其精度相關因素及控制方法。

PixelGrid系統(tǒng)；無人機自動空三；PATB平差；參數(shù)設置

微型無人機航空攝影測量系統(tǒng)正逐漸成為航空攝影測量系統(tǒng)的有益補充，是空間數(shù)據(jù)獲得的重要工具之一。而質量更輕、體積更小、性能更高的一系列航空攝影測量設備以及無人機技術的快速發(fā)展，又使無人機航拍攝影成為航空攝影測量中的一支新生力量[1]。但是，無人機飛行環(huán)境的復雜性及飛行的不穩(wěn)定性，導致無人機數(shù)據(jù)的POS信息不夠精確，空三作業(yè)一般采用全人工作業(yè)模式，加之數(shù)據(jù)量大，影響了空三加密的生產效率。

本文選取具有代表性的測區(qū)，運用PixelGrid無人機系統(tǒng)進行自動空三測量，試驗結果表明，PixelGrid無人機系統(tǒng)能滿足自動空三的作業(yè)要求。

1 PixelGrid自動空中三角測量的方法

PixelGrid是一款涵蓋了航攝像片處理(AEO)、衛(wèi)星影像處理（SAT），以及無人機數(shù)據(jù)處理（UVA）幾大功能模塊的高分辨率遙感影像一體化測圖系統(tǒng)。它具有集成化程度高，操作界面人機互動，匹配速快、精確，自動化程度比較高，開放的數(shù)據(jù)格式也可以與其他測圖軟件和數(shù)據(jù)處理軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享等特點[2]。

1.1 加密預處理

1.1.1 數(shù)據(jù)準備

測區(qū)位于三門峽西南方向的靈寶老城附近，攝區(qū)地形為平丘地；使用佳能5d數(shù)碼相機，焦距為51mm，飛行相對航高為725m，航攝比例尺為1∶15000，影像分辨率為0.1m。

首先建立該測區(qū)目錄，正確輸入攝影比例尺；檢查相機參數(shù)，主要包括主點坐標、焦距、像素、影像分辨率等；整理控制點，PixelGird只識別點號為全數(shù)字的點，根據(jù)實際情況，對控制點進行點號修改，同時軟件自動匹配點的點號是5位，要避免控制點和自動點點號相同。

1.1.2 影像預處理

無人機航空拍攝的相機為非量測相機，像片存在邊緣畸變，需根據(jù)相機參數(shù)進行畸變差校正后方能進行空三加密。

把像片按航帶分開，按照飛行方向旋轉像片（相鄰航線的像片旋轉角度相差180°），使影像正確重疊；由于在自動空三影像自動匹配過程中，采用的是“金字塔”(即逐級) 影像匹配技術, 需不斷調用壓縮影像,因此必須對原始掃描影像文件進行壓縮處理，提高運算速度,軟件默認生成四級外金字塔影像（1∶27、1∶9、1∶3、1∶1）。

1.1.3 數(shù)據(jù)導入

設置相機參數(shù)，正確輸入相機的主點、焦距、影像的行數(shù)和列數(shù)；導入控制點坐標，一般只需導入已經(jīng)編輯好的控制點文本文件，軟件默認是數(shù)學坐標系；設置航空影像數(shù)據(jù)參數(shù)，正確設置每條航線影像序列的升降排列，以保證影像位置關系的正確性。

由于無人機數(shù)據(jù)自身的原因，相對定向限差及模型連接限差值需給大些，以提高模型連接成功率，該試驗區(qū)模型連接限差值設置為0.02mm更為合適。

1.2 PixelGrid自動空三加密方法

整個空中三角測量加密過程包括內定向、相對定向、航帶間偏移量量測、全自動航帶間轉點、剔除錯差、補點修測、連接點粗差和遺漏編輯、人工修測后再進行第二次平差，多次重復迭代進行，然后控制點量測，進行整體平差解算，最后獲取空三加密成果[3]。

PixelGrid無人機模塊加密步驟如圖1所示。

1.2.1 影像自動內定向

系統(tǒng)自動對測區(qū)內所有影像內定向，過程較為簡便。

1.2.2 影像自相對定向

相對定向的目的是匹配模型左右片的同名點，利用同名光線對對相交的原理恢復攝影瞬間相鄰兩航片的相對關系[4]。已經(jīng)做過部分相對定向，可根據(jù)需要選擇是否“覆蓋原有的相對定向成果”；如自動定向提示失敗，可對定向失敗的模型人工干預，添加定向點，然后再相對定向。

圖1 自動空三流程圖

1.2.3 航帶間偏移量量測

航帶間偏移量量測是為了確定航線與航線之間像片的相互位置關系，航線與航線之間至少需要首末兩個初始點。初始點連接完成后，可以通過“檢查航帶初始點”檢查初始點是否有漏測，通過“查找航帶初始點”查找一個初始點，通過“刪除一個航帶初始點”刪除一個初始點。

初始點選取不能太靠近影像邊緣，一般在所有相鄰航帶間的首尾要各加一對偏移點,當加密的航帶比較長時,在航帶中間也加一些點,有助于軟件自動在航帶間轉刺連接點。

1.2.4 全自動航帶間轉點

全自動航帶間的轉點和數(shù)據(jù)整理過程比較長，也是自動空三測量最為重要的一步。確定兩條航線間的偏移量之后,使用同一邊緣測定和輪廓匹配的方法,形成相鄰航線相鄰影像的匹配點對。通過跨航線形成連續(xù)相對定向為新航線提供第二套投影中心（第一套產生于航帶的構成），通過兩套投影中心作為控制點進行多項式改正后,當前航帶點就轉換到上一航帶[5]。

PixelGird軟件在這一過程中有一個弊端，只提取3°以上點，這樣在航線首末航片的標準點位便沒有連接點。全自動航帶間轉點及數(shù)據(jù)整理只能運行一次，不能重復運行。

1.2.5 標準點位補點

因影像或者軟件問題，全自動航帶間轉點后，有少數(shù)影像的標準點位缺少連接點，需進行人工補點。

1.2.6 自由網(wǎng)平差、剔除粗差點

標準點位補完點后，調用PATB平差，剔除粗差大于10的點。刪除粗差點時要分段刪除，一些粗差點可能是由于別的錯誤點引起的。

1.2.7 量測外業(yè)控制點、區(qū)域網(wǎng)平差

自由網(wǎng)平差完成后，量測外業(yè)控制點。根據(jù)外業(yè)刺點片，先量測測區(qū)四周四個點位明確的控制點，進行區(qū)域網(wǎng)平差，然后預測其余的控制點位置，這樣控制點基本上就在實際位置附近，再逐張逐點量測。

1.2.8 平差解算、交互式編輯

調用PATB平差，誤差參數(shù)要根據(jù)成圖要求嚴格設置。根據(jù)PATB輸出的.ori報告，編輯誤差超限點，再調用PATB解算，交互式編輯，直至無超限點為止。

三門峽測區(qū)的定向精度見表1。

表1 三門峽測區(qū)定向精度表

1.2.9 成果輸出

PixelGird可以輸出自身的數(shù)據(jù)，還可以輸出JX4的PATB數(shù)據(jù)和VirtuoZo加密成果，根據(jù)測圖需要輸出方便使用的數(shù)據(jù)。

2 空三精度相關因素分析及控制

空中三角測量的精度除了受影像資料的質量、控制點布設、控制點野外測量精度等外界因素影響，與作業(yè)員的工作態(tài)度及作業(yè)經(jīng)驗有很大關系。以下是對PixelGird自動空三過程中精度控制的幾點總結：

（1）第一次調用PATB計算時，一定要處于挑粗差的狀態(tài)(如圖2所示) ，在以后平差時調用上一次平差的.ori文件。

（2）像點驗前精度值系統(tǒng)默認為0.5個像素值，一般要將控制點的驗前精度值設置得大一些，避免PATB利用控制點糾正整個像點網(wǎng)導致像點網(wǎng)變形或因控制點的權值過高而將控制點刪除。

圖2 PATB編輯界面

（3）計算過程中，可能會有一些殘差很大的點在模型下觀測沒有視差，可能是測區(qū)參數(shù)設置對話框中模型連接的限差設置問題，將模型連接的限差改為0.02，或小范圍調整點的位置。

（4）模型連接失敗主要由以下兩類原因引起。第一類是模型連接點中誤差設置的緣故，解決這類錯誤的方法是在連接點編輯界面，大略檢查這些連接點是否正確，刪除明顯不對的；其次檢查3個標準點位是否有點，如沒有則要手工加入；然后回到主界面的測區(qū)參數(shù)設置對話框，將模型連接的限差改為0.02mm，連接模型。第二類失敗的原因是在3°重疊區(qū)沒有連接點，要用手工方法在3個標準點位處加入若干個3°重疊點，再繼續(xù)執(zhí)行轉點操作。

3 結論

無人機攝影測量逐漸被廣泛地使用于各個測繪行業(yè)。計算機技術的不斷發(fā)展，彌補了無人機攝影測量在數(shù)據(jù)獲取上的一些劣勢，自動空三成果的精度大幅提高。測繪人員在實際使用過程中要不斷地積累經(jīng)驗和推廣有用的經(jīng)驗，使得空三技術更好地服務于測繪事業(yè)。

[1]王俊.無人機航空攝影的空三評價分析[J].甘肅科技,2011(13).

[2]中國測繪科學研究院.PixelGird-UVA航空影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M].北京:北京四維空間數(shù)碼科技有限公司,2010.

[3]武瑞宏.空中三角測量及其成果共享[J].鐵道勘察，2004(5).

[4]鄭小兵,鄭彥春,張紅軍,等.無人機攝影測量技術用于電力勘測工程的探索和設想[J].電力勘測設計,2009(6).

[5]肖高銘,詹衛(wèi)華,張艷紅. 淺談空中三角測量在實際工作中的應用[J].測繪與空間地理信息,2007(12).

申偉 (1970—),女，漢族，工程師,從事工程測量、地理信息系統(tǒng)建設、1∶1萬地形圖更新等工作。E-mail:shenweixc@126.com