余運(yùn)濤

摘 要：隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)攝影測(cè)量技術(shù)得到了大幅提高。鑒于無(wú)人機(jī)輕型化、便捷化和智能化的特點(diǎn)，無(wú)人機(jī)航測(cè)在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取以及小區(qū)域地形測(cè)量方面具有高效、直觀等顯著優(yōu)勢(shì)。本文著重分析了無(wú)人機(jī)航測(cè)精度影響因素，采取有效措施來(lái)減少對(duì)測(cè)量精度的影響，提高測(cè)量精度及效率。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);航測(cè)外業(yè);航測(cè)精度

無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)是無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與為衛(wèi)星遙感系統(tǒng)結(jié)合的產(chǎn)物，此技術(shù)在工程測(cè)量中具有非常重要的作用，尤其在城市測(cè)量中效果明顯。它采用低空飛行測(cè)量，受限因素少且精度高、應(yīng)用靈活、費(fèi)用低、設(shè)備簡(jiǎn)單，卻能得到相對(duì)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

1 無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)航測(cè)是指通過(guò)遙控或者遠(yuǎn)程控制的小型無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量和遙感。隨著近年來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)的成熟和發(fā)展，無(wú)人機(jī)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在航測(cè)、攝影、巡檢等多個(gè)領(lǐng)域，極大的增強(qiáng)了工作效率，為社會(huì)提供了新的系統(tǒng)解決方式。因此，航測(cè)也是隨著低空無(wú)人機(jī)發(fā)展興起的一門(mén)學(xué)科，叫遙感科學(xué)。即通過(guò)攝像和定位技術(shù)對(duì)我們所處的物理世界進(jìn)行非接觸式時(shí)空定位。簡(jiǎn)單說(shuō)就是利用無(wú)人機(jī)對(duì)地面地形和相關(guān)的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行精確的定位和建模。所以在航測(cè)過(guò)程中，精度的控制影響著最后成像的效果，好的成像和測(cè)量數(shù)據(jù)能夠有效的指導(dǎo)實(shí)際的工作，接下來(lái)我們將討論影響航測(cè)精度的因素。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)載體、飛行控制系統(tǒng)、影像獲取設(shè)備、數(shù)傳系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、地面接收終端、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站和地面遙控裝置組成。在數(shù)據(jù)采集階段影像曝光的瞬間，飛行控制系統(tǒng)采集了像主點(diǎn)曝光瞬間的位置信息、姿態(tài)信息、影像參數(shù)等;將這些信息通過(guò)數(shù)傳系統(tǒng)和圖傳系統(tǒng)傳輸給地面設(shè)備;飛行完成后利用影像數(shù)據(jù)預(yù)處理檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，對(duì)不符合要求的數(shù)據(jù)實(shí)施補(bǔ)飛或重飛。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)精度影響因素

3.1 像控點(diǎn)布設(shè)影響

像控點(diǎn)是根據(jù)無(wú)人機(jī)測(cè)量控制點(diǎn)加密情況和測(cè)圖需要布置的，測(cè)量的控制點(diǎn)有平面坐標(biāo)、高程坐標(biāo)，這些控制點(diǎn)稱(chēng)為像片控制點(diǎn)，而控制點(diǎn)的布設(shè)是根據(jù)成圖精度以及像片條件而設(shè)定的。像控點(diǎn)的數(shù)量及分布情況對(duì)成圖的精度有著較大的影響，需要制定合適且合理的布點(diǎn)方案。在實(shí)際布設(shè)像控點(diǎn)過(guò)程中考慮精度及《低空數(shù)字航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》的相關(guān)要求，宜選點(diǎn)位大致相等區(qū)域且點(diǎn)位清晰，距離不宜過(guò)長(zhǎng)，容易分辨即可。實(shí)際操作中，可以采用實(shí)地鋪設(shè)標(biāo)靶點(diǎn)的方式進(jìn)行，也可以采用實(shí)地選刺點(diǎn)的方式進(jìn)行。像控布點(diǎn)可以采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)、根據(jù)需要也可以采用航線(xiàn)網(wǎng)或全野外布點(diǎn)的方式進(jìn)行。

3.2 像控點(diǎn)測(cè)量影響

準(zhǔn)確測(cè)量像片控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)是提高成圖精度的關(guān)鍵措施之一。像片控制點(diǎn)的測(cè)量一般采用GNSS技術(shù)，包括GNSS靜態(tài)測(cè)量、GNSS RTK測(cè)量等。目前多采用網(wǎng)絡(luò)RTK或CORS系統(tǒng)，以及千尋系統(tǒng)去進(jìn)行像控點(diǎn)的測(cè)量。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)參照《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》的要求執(zhí)行。

3.3 硬件系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)硬件是航測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)硬件，無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性、持續(xù)性都是影響航測(cè)精度的因素。不同的無(wú)人機(jī)類(lèi)型各項(xiàng)指標(biāo)上也有所不同，固定翼無(wú)人機(jī)和復(fù)合翼無(wú)人機(jī)的巡航速度為每秒20—30m;旋翼無(wú)人機(jī)的巡航速度為每秒6—15m。無(wú)人機(jī)巡航速度的不同，會(huì)影響巡航中的攝像清晰度和成像質(zhì)量，巡航速度越快，偏移量越大，因此對(duì)精度的影響也就越大。電池續(xù)航無(wú)人機(jī)續(xù)航普遍在半小時(shí)至2個(gè)小時(shí)，內(nèi)燃機(jī)續(xù)航無(wú)人機(jī)續(xù)航可以到四個(gè)小時(shí)，另外還有一種直電的無(wú)人機(jī)，主要用來(lái)執(zhí)行較大設(shè)備的持續(xù)拍攝或者監(jiān)控。無(wú)人機(jī)的續(xù)航主要影響航測(cè)的工作效率。航測(cè)系統(tǒng)中另一個(gè)重要的硬件系統(tǒng)就是攝像系統(tǒng)，攝像系統(tǒng)主要搭載微單相機(jī)及相應(yīng)的鏡頭，對(duì)于精度要求比較高的航測(cè)，會(huì)搭載傳感器或可以直接測(cè)量距離的設(shè)備。相機(jī)的鏡頭、曝光速度等都是影響航測(cè)精度的重要因素，但是曝光等操作也需要和無(wú)人機(jī)的巡航速度進(jìn)行協(xié)同考慮。

3.4 飛行高度影響

無(wú)人機(jī)飛行高度是影響測(cè)圖質(zhì)量的重要因素之一，飛行高度會(huì)影響航片像素的大小（GSD），飛行高度變化也會(huì)影響拍攝照片的圖幅大小，像片合成時(shí)的重疊率。飛行高度越低，（GSD）數(shù)值就越小，相對(duì)精度就越高，反之，飛行高度越高，（GSD）數(shù)值越大，相對(duì)精度也越低。因此在實(shí)際外業(yè)測(cè)量時(shí)，根據(jù)地勢(shì)、地形選取合理飛行高度，同時(shí)考慮飛機(jī)的飛行安全避免撞到高的建筑物或者樹(shù)木。

4 如何控制低空無(wú)人機(jī)航測(cè)精度

4.1 提高數(shù)據(jù)采集精度的經(jīng)驗(yàn)性做法

無(wú)人機(jī)航測(cè)的精度取決于很多方面。在外業(yè)采集過(guò)程中，選擇較好的天氣、做好相機(jī)的調(diào)校尤為重要。

4.2 硬件系統(tǒng)的配合

無(wú)人機(jī)巡航速度的選擇，低空無(wú)人機(jī)的速度越大，震動(dòng)越大，對(duì)航測(cè)精度的影響也就越大，但是在實(shí)際的操作過(guò)程中，最重要的是巡航的安全，所以巡航速度需控制在最安全的巡航速度，而不是越小越好，然后通過(guò)提高快門(mén)速度來(lái)降低在巡航中震動(dòng)以及便宜的影響。實(shí)際航測(cè)過(guò)程中， 盡量選擇快門(mén)速度大于1/1000秒，以減少低空無(wú)人機(jī)震動(dòng)帶來(lái)的影響及因?yàn)檠埠剿俣葞?lái)的位移偏差。另外，快門(mén)速度也需根據(jù)實(shí)際航測(cè)時(shí)地面的分辨率進(jìn)行調(diào)整，如果地面分辨率在0.05米，巡航速度在25米每秒，這時(shí)需選擇1/1000的快門(mén)速度，其余的要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)算。

4.3 減小投影誤差增強(qiáng)航片幾何屬性

航攝相片為地面景物的中心投影構(gòu)像，而地圖是地面景物的正射投影，當(dāng)?shù)孛婧拖嗥鶉?yán)格水平時(shí)，兩種投影結(jié)果是等效的;但地球表面起伏將引起像點(diǎn)位移，無(wú)人機(jī)平臺(tái)飛行過(guò)程中的波動(dòng)會(huì)引起相片傾斜。因此，盡量選擇晴朗無(wú)風(fēng)的天氣條件進(jìn)行航拍，以增強(qiáng)相片的判讀性和保證飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性，從而提高相片坐標(biāo)系下的像素點(diǎn)平面精度;在高差大于1/4相對(duì)航高的測(cè)區(qū)需分區(qū)進(jìn)行航線(xiàn)設(shè)計(jì)，以減少由投影參考面變化造成的投影誤差。

4.4 提升軟件的運(yùn)算能力和定位精確度

系統(tǒng)建模主要依靠系統(tǒng)的運(yùn)算能力及系統(tǒng)內(nèi)置的GPS準(zhǔn)確度來(lái)控制， GPS越精確，能夠給予無(wú)人機(jī)更好的自定位，由此進(jìn)行的三角測(cè)量定位能夠更加準(zhǔn)確，然后通過(guò)快速準(zhǔn)確的運(yùn)算計(jì)算出拍攝圖片的每個(gè)點(diǎn)的位置和距離，增加航測(cè)精度。目前GPS對(duì)于空間高度的感知存在一定的技術(shù)難度，技術(shù)成熟度遠(yuǎn)沒(méi)有平面GPS成熟，因此在無(wú)人機(jī)上增加遙感系統(tǒng)，或者紅外線(xiàn)測(cè)距儀等一系列的設(shè)備，也能增加航測(cè)的精確度。

4.5 像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量?jī)?yōu)化提高平差精度

空中三角測(cè)量是基于地面像控點(diǎn)坐標(biāo)，利用后方交會(huì)原理計(jì)算得到相片的內(nèi)方位元素和外方位元素;再基于立體像對(duì)中的內(nèi)外方位元素和像點(diǎn)坐標(biāo)，利用前方交會(huì)原理計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)。同時(shí)，需要采用復(fù)合要求的測(cè)量?jī)x器運(yùn)用正確的測(cè)量方法獲取高精度的像控點(diǎn)坐標(biāo)成果。

綜上所述，無(wú)人機(jī)的興起，使得低成本的航測(cè)成為可能。無(wú)人機(jī)操作簡(jiǎn)單，容易上手，起飛降落沒(méi)有大的限制性條件，成本也是遙感測(cè)量中最低的。對(duì)于航測(cè)，最重要的是精度的控制，無(wú)人機(jī)的硬件系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)等以及系統(tǒng)的建模和定位能力，都是影響航測(cè)精度的主要因素。因此要著重分析低空無(wú)人機(jī)航測(cè)精度的控制。

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