淺析機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)應(yīng)用

摘 要：近年來機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)發(fā)展迅速，在多個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，現(xiàn)介紹機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)應(yīng)用，進(jìn)行航攝測量作業(yè)的基本技術(shù)流程與實踐。

關(guān)鍵詞：POS系統(tǒng)；無人機(jī)；攝影測量

引言

最近幾年，工程建設(shè)日漸增多，地表形態(tài)變化頻繁，對于工程設(shè)計、建設(shè)單位而言能快速獲取作業(yè)地區(qū)地理空間數(shù)據(jù)顯得尤為迫切。低空數(shù)字航空攝影是快速獲取、更新地理空間數(shù)據(jù)的重要技術(shù)手段，對空間信息的獲取與更新起著重要作用。隨著機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)迅猛發(fā)展，其在低空航攝測量方面表現(xiàn)出非常廣闊的應(yīng)用前景。

POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)，成為低空航攝測量新平臺被引入測繪行業(yè)，加上大像素數(shù)碼相機(jī)的不斷更新引入，使得工程設(shè)計、建設(shè)單位能夠快速獲取更加清晰的全彩色數(shù)字底圖，數(shù)字地面模型。POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)有成本低廉、操作方便、使用靈活等特點，已成為衛(wèi)星遙感和有人機(jī)遙感的重要補(bǔ)充手段。本文主要論述POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)的性能與特點以及利用其實施的低空航攝測量實踐，通過實踐論證了該系統(tǒng)的適用性。

1 機(jī)載POS系統(tǒng)概述

機(jī)載POS系統(tǒng)是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性測量裝置（IMU）的直接測定影像外方位元素的現(xiàn)代航空攝影導(dǎo)航系統(tǒng)，可用于在無地面控制或僅有少量地面控制點的情況下的航空遙感對地面進(jìn)行數(shù)字正射影像、數(shù)字地面模型獲取。

2 機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)系統(tǒng)組成

機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)包括：空中攝影系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3個主要部分[1]。其中，空中攝影系統(tǒng)主要包括固定翼無人機(jī)、機(jī)載POS系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)；地面控制系統(tǒng)主要包括無人機(jī)地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要包括航線設(shè)計、質(zhì)量因素檢查與控制和數(shù)據(jù)后處理軟件。

本文論述的機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)是基于固定翼飛行平臺的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，機(jī)重3.7kg，機(jī)長1.07m，翼展1.9m，無刷電機(jī)驅(qū)動，巡航速度60km/h，升限海拔6000m，續(xù)航1.5h，智能電池供電；采用模具化設(shè)計，攜帶方便。該系統(tǒng)具備定位、定姿、飛行速度和飛行高度精確控制與數(shù)據(jù)記錄功能，采用了以導(dǎo)航為基礎(chǔ)的自動駕駛儀，搭載的傳感器是全畫幅數(shù)字單反相機(jī)、配備姿態(tài)穩(wěn)定平臺、可快速獲取真彩色數(shù)字影像。該系統(tǒng)的航攝質(zhì)量所達(dá)到的控制指標(biāo)如下：

（1）航向重疊度：55%-80%可調(diào)，最大可設(shè)置為80%，重疊度平均差： 4%。

（2）旁向重疊度：35%-65%可調(diào)，最大可設(shè)置為65%，重疊度平均差：4%。

（3）橫滾、俯仰角：1.5°；旋偏角：3°。

（4）航攝高度穩(wěn)定能力：5m。

（5）航線偏差：3m。

（6）1km航線彎曲度：0.5%。

3 航攝作業(yè)流程POS固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)測量技術(shù)的基本工作流程

基本工作流程：資料準(zhǔn)備，技術(shù)設(shè)計，外業(yè)控制測量，航空攝影，空中三角測量，創(chuàng)建立體模型，立體測量，正射影像微分糾正，地面模型編輯制做，矢量地圖編輯制作，質(zhì)量檢查，成果提交。

4 試驗及結(jié)論

試驗區(qū)面積約4，地形平坦，有居民區(qū)、工廠、道路等地物。選擇的相機(jī)為SONYDSC2型數(shù)字相機(jī)，像元為4.5um，地面分辨率0.04m，鏡頭焦距35mm，設(shè)計10條航線，每條航線43個曝光點，相對航高為600m。航攝區(qū)域如圖1所示，航線分布如圖2所示。

影像的自由空三加密采用的是無人機(jī)公司隨機(jī)商業(yè)軟件，通過空三軟件進(jìn)行智能控制點量測以及一鍵匹配和空三解算、直接輸出數(shù)字正射影像（DOM）、數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字線劃圖采用CASS數(shù)字成圖軟件。通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集與編輯，其數(shù)字正射影像成果（DOM）如圖3所示；數(shù)字地面模型成果（DSM）如圖4所示；數(shù)字線劃圖（DLG）可在CASS軟件中進(jìn)行編輯制作。在鑲嵌接邊過程中無地物扭曲變形、線性地物錯位等情況，在數(shù)字線劃圖上對野外實測點進(jìn)行了精度檢測，平面中誤差為0.06m，高程中誤差0.11m，滿足GB/T23236-2009《數(shù)字?jǐn)z影測量空中三角測量規(guī)范》規(guī)定的1/500空三精度[2]。

本次機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)的航測實踐結(jié)果完全滿足小區(qū)域大比例地形圖精度要求，同時也論證了本系統(tǒng)航攝測量作業(yè)的可行性。

機(jī)載POS系統(tǒng)固定翼無人機(jī)航攝系統(tǒng)總結(jié)，具有成本低廉、操作方便、使用靈活等特點，有抗6級風(fēng)能力，適用于小區(qū)域數(shù)字正攝影像、數(shù)字地面模型的獲取。

參考文獻(xiàn)

[1]國家測繪局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心編.[M].北京：測繪出版社，2009.6.

[2]GB/T23236-2009，數(shù)字?jǐn)z影測量空中三角測量規(guī)范[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2009.6.

[3]韓玲，李斌，顧俊凱，楊淑靜.航空與航天攝影技術(shù)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.11.

[4]張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2012.7.

[5]潘正風(fēng)，程效軍，成樞，等.數(shù)字測圖原理與方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2013.11.

[6]喬瑞亭，孫和利，李欣.攝影與空中攝影學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.3.

[7]楊瑞奇，孫健，張勇.基于無人機(jī)數(shù)字航攝系統(tǒng)的快速測繪[J].遙感信息，2010.（3）：108-111.

作者簡介：張恒（1978-），男，遼寧錦州人，工程師，本科，主要從事測繪工程工作。