無人機航攝在房地一體項目中的關鍵技術探究和分析

陳春生

摘 要： 通過無人機航攝技術在房地一體測繪中應用，分析研究其關鍵技術，解決無人機航攝成圖精度不足，為該技術推廣提供參考。

關鍵詞： 房地一體;像點位移;空三

【中圖分類號】P273???? 【文獻標識碼】A???? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.052

0 引言

隨著自然資源調(diào)查工作的逐漸深入，房地一體項目已在多省市逐一展開。農(nóng)村房地一體中的常規(guī)1：500地形圖測繪，工作量大，投入成本高。而采用傾斜攝影代替常規(guī)測量，可以大量減少工作量、降低成本，一直深受測繪單位青睞。但航攝的精度相對偏低，需要嚴格的技術干預和改進。本文就如何提高傾斜攝影成圖精度，結(jié)合舒城縣房地一體項目的實操情況，進行探究和分析。

1 傾斜攝影誤差根源分析

1.1 硬件造成的誤差。

無人機的輕便是優(yōu)點，但也給傾斜攝影的精度帶來了影響。為獲得高精度數(shù)據(jù)，在舒城測區(qū)，盡可能選擇晴好天氣，內(nèi)置RTK的無人機，是提高精度最直接的條件。傾斜攝影相機常為多鏡頭全畫幅相機，鏡頭畸變大，尤其是邊緣部分。雖可通過畸變參數(shù)糾正，但也會產(chǎn)生誤差，且越往像片邊緣，誤差越大。為了提高精度，應加大像片重疊度。

1.2 像控、空三造成的誤差。

目前，無人機基本沒有配置高精度慣導裝置，普通RTK主要進行定位導航。因此在獲取相機曝光時間戳并記錄位置時數(shù)據(jù)的誤差就較大，需通過足量的像控測量后，經(jīng)空三加密來進行誤差改正。為減少像控測量工作量及后續(xù)工序的誤差累積，應盡可能提高曝光瞬間像片的外方位元素精度。像控點的布設，一般通過噴漆劃“十”字或“L”型符號。如使用黑白相間的標靶板，使得內(nèi)業(yè)刺點更加精準，空三加密的精度也能提高。

1.3 像片分辨率和影像質(zhì)量造成的誤差。

無人機航攝成圖，航控、像對、定向、采集等誤差，都會傳遞并積累，影響圖形精度。而諸多誤差都與像片分辨率和影像質(zhì)量有關。分辨率越高、影像質(zhì)量越好，判讀越準確，誤差也越小。

2 提高成圖精度的重要環(huán)節(jié)

提高航攝精度，需要通過減小誤差，消除誤差傳導的根源來實施。在舒城縣房地一體的試點區(qū)，通過減少鏡頭的畸變量影響、控制航片的外方位元素精度、增強航片像素質(zhì)量、提高分辨率等來完成。

2.1 通過省網(wǎng)實時差分或架設基站事后差分。

考慮到實時差分信號的不穩(wěn)定，在試點區(qū)采用架設基站，在無人機上搭載GPS，并標定好天線與相機中心位置的改正參數(shù)。在連續(xù)攝影同時記錄相機每一幀照片曝光時間點，航飛結(jié)束后，通過差分解算出準確的位置，獲取每張像片曝光時的高精度時空數(shù)據(jù)。盡管通過相機參數(shù)改正，曝光時間與GPS測量時間終究會有些誤差，這也需要采用技術方法盡可能減小誤差，使得兩者能同步。

2.2 提高航攝像片質(zhì)量。

像片的質(zhì)量直接決定了地物點的判讀準確性，尤其對于高精度的地形測量，必須選擇成像清晰的高質(zhì)量相機，晴好的航飛時間段。還需對相機參數(shù)進行優(yōu)化，確保獲取高質(zhì)量像片。

2.3 提高影像地面分辨率。

像片的分辨率越高，在影像的匹配和判讀時，精度就越高。但隨著像片分辨率提高，航攝效率就會下降。根據(jù)試點區(qū)經(jīng)驗，在本次房地一體測繪中，地面分辨率應不大于1.5cm。因此，為保證測量的高精度，只能通過犧牲效率，贏得高精度。

2.4 減小像點位移，提高判讀精度。

航攝的像點位移加大，會降低解析影像能力，最終影響判讀精度。規(guī)范要求，像點位移最大不應大于1.5個像素，由公式 δ=vxt/GSD可知，像點位移和飛行速度、曝光時間正相關。所以需要在確保影像質(zhì)量不下降的前提下，縮短曝光時間或減小航速。

2.5 提高航片重疊度。

航片重疊度越高，越有利于減少對像片邊緣的利用，降低畸變糾正造成的的誤差。規(guī)范要求，航向重疊度為60%～65%，旁向20%～30%?？紤]到本項目中航攝俯仰、側(cè)傾影響，航向、旁向重疊度均不小于70%。建筑密集區(qū)，可設計為80%～90%。當建筑高度大于航高1/4時，需采取交叉飛行增加冗余觀測。

2.6 增加構(gòu)架航線。

構(gòu)架航線的布設有利于高程控制作用，也有利于減少像控點布設，可增強模型間連續(xù)性，提高空三精度。適當增加構(gòu)架航線，也能夠解決像控點的不足時的空三解算。

3 試點區(qū)情況總結(jié)及精度檢查

3.1 試點區(qū)選擇

本試點鄉(xiāng)鎮(zhèn)為舒城縣柏林鄉(xiāng)，面積約0.8平方公里。區(qū)域內(nèi)高差約5米，測區(qū)內(nèi)主要是居民地、水系、道路等，是縣域內(nèi)具有代表性的丘陵地區(qū)。

3.2 無人機及相機配置和數(shù)據(jù)采集

選擇自帶RTK的多旋翼無人機，飛行較穩(wěn)定，能保證像點位移在1個 像素以內(nèi)。相機選用4240萬像素全畫幅 Sony 機身，搭配成像質(zhì)量較好的蔡司FE35mm 定焦鏡頭。

設計重疊度航向75%，旁向70%，構(gòu)架航線位于主航線兩端，東西方向為主航線。

通過差分解算軟件對基站坐標數(shù)據(jù)、機載POS數(shù)據(jù)進行解算，最終得到精確的影像POS數(shù)據(jù)，坐標系為2000國家坐標系，因房地一體不需要準確高程，故直接使用橢球高。

空三加密選用 Smart 3D 軟件。經(jīng)過原始數(shù)據(jù)導入、相對定向、絕對定向、平差和最終輸出結(jié)果。

3.3 精度檢測

①檢測點坐標檢查。將解算好的空三結(jié)果導入三維建模軟件系統(tǒng)，通過立體量測檢查三維坐標，再通過RTK野外實采檢測點坐標。

②精度統(tǒng)計。通過隨機選擇測區(qū)內(nèi)156個均勻分布的地物點進行精度檢測。點位平面位置中誤差為0.072m，最大誤差為0.141m;小于2倍中誤差的檢查點有19個，小于1倍中誤差的檢查點有132個。根據(jù)項目設計要求，采用傾斜攝影測量方法，界址點、房角點精度可參照二類，平面精度均滿足相關規(guī)范要求。因房地一體項目對高程數(shù)據(jù)不做要求，故本次精度檢查未涉及高程數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

隨著無人機傾斜攝影技術的飛速發(fā)展，其在大比例尺測圖中的應用越來越廣泛，尤其在全國各地的房地一體項目中，優(yōu)勢明顯：（1）通過傾斜攝影技術進行房地一體測量，成本低、數(shù)據(jù)及時、準確。（2）傾斜攝影測量節(jié)約大量的外業(yè)人員，作業(yè)效率高，能極大地調(diào)節(jié)內(nèi)、外業(yè)工作者協(xié)調(diào)配合，同時也解決了天氣等因素造成的工作延誤，把大量的外業(yè)工作量轉(zhuǎn)化為內(nèi)業(yè)工作量，極大地解放了外業(yè)工作者的勞動時間和工作強度。（3）房地一體項目需要逐宗地測繪，但農(nóng)村很多家庭常年出外打工，家中無人值守，常規(guī)儀器無法入戶測量，而傾斜攝影就解決了此類麻煩。

綜上所述，只要對無人機傾斜攝影關鍵技術進行認真探索研究，提高成圖的精度，在房地一體項目應用中一定會達到事半功倍效果。

參考文獻

[1] 譚金石.基于傾斜攝影測量技術的實景三維建模及精度評估[J].現(xiàn)代測繪，2015，38（5）：9-13.

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