無人機不同攝影測量方式對精度影響研究

張榮斌

（陜西渭河生態(tài)集團有限公司,陜西 西安 710068）

無人機航空攝影測量是近幾年把GPS動態(tài)定位、無人機飛行平臺、圖像融合等技術匯集為一體的全新測繪技術。因生產成本低、外業(yè)強度風險小、工作效率高、測繪精度高等優(yōu)勢,廣泛應用到測繪行業(yè)中。無人機垂直攝影技術是以無人機飛行平臺為載體,搭載單一垂直攝影相機,即僅能獲取測區(qū)目標物頂部的影像數據信息,但無法取得目標物側面相關信息,在空三計算中側面信息不能參與影像匹配；無人機傾斜攝影技術是在無人機垂直攝影技術的基礎上,通過配置多角度攝影相機,即不僅可以獲取測區(qū)目標物頂部的影像數據信息,而且還可以獲取多方向、多角度的目標物側面影像數據信息,并在空三計算中參與影像匹配。

本文通過對CW-10 C無人機搭載的五拼傾斜相機同工程、同像控點布設、同架次飛行的條件,分別對只考慮垂直相機和同時考慮五個相機影像數據信息,對兩種模型精度進行對比,并進一步研究同工程、同架次飛行、不同像控點布設對傾斜攝影模型精度的影像。

1 CW-10C無人機搭載五拼傾斜相機主要參數

縱橫無人機開創(chuàng)了國內垂直起降航測無人機的先河,CW-10 C無人機翼展2.6 m、機身長度l.6 m、最大續(xù)航時間90 min、最大起飛重量12 kg、最大任務荷載l kg、最佳巡航速度120 km/s、最大飛行高度4000 m,抗風能力5級；搭載圖像最高分辨率6000×4000單片2430萬像素、總像素1.2億、像元3.90 μm、傳感器尺寸23.5 mm×15.6 mm的五組Sony IlCE-5100 鏡頭,其中正射鏡頭焦距20.0 mm,側向四鏡頭焦距35.0 mm。

2 測區(qū)情況及研究分析

（1）測區(qū)地貌及飛行情況

本研究測區(qū)范圍長約5.0 km,寬約1.2 km,屬于黃土溝壑地貌,最低點海拔1000 m,最高點海拔1250 m,測區(qū)高差250 m,起飛點海拔為1120 m,飛行相對航高300 m,飛行面積為6.0 km2,規(guī)劃航線10 條,總長度為60 km,航線間距140 m,基線長度50 m,航向重疊率75%,旁向重疊率65% ,最低點分辨率為0.08 m。

（2）測區(qū)像控布設情況

本次像控按照航向、旁向均400 m間距均勻布設,全部采用地面布設方式,像控點為“L”形白色地標,其航跡及像控點布設見圖1。布設像控地標點56 個,地標平高檢查點10 個,采集特征地形點35 個。

圖1 航跡、像控點示意圖

（3）建模和數據采集方式

本文采用垂直相機影像數據和采用傾斜攝影的五個相機全部影像數據兩種形式,分別進行空三和建模。建模時分別按航向、旁向均400 m的間距選取全部56 個像控點和航向800 m、旁向均400 m的間距選取32 個像控點兩種情況進行。只采用垂直相機影像數據時,采用Pix4 d軟件進行空三解算、航天遠景mapmaTrix軟件建立模型后,進行全部檢查的三維坐標的采集；采用傾斜攝影全部相機影像數據時,采用ContextCaptvre（smart3 D）軟件進行空三解算和建模、清華三維Eps軟件采集全部檢查的三維坐標。

（4）不同測繪方式精度對比

兩種不同像控布設和攝影測量方式的檢查點采集數據,以及采用GPS-RTK實測的工程數據的對比見表1。

表1 像控檢查點精度測試統計表 單位：m

從表1統計表中可以看出:

1）相同像控布設情況下,兩種攝影測量在平面精度方面,差異不大,但在高程方面傾斜攝影測量遠優(yōu)于垂直攝影測量；

2）隨著像控布設間距變大,兩種模型平面和高程精度均衰減,但平面精度衰減小于高程精度衰減,傾斜攝影測量高程精度衰減遠小于垂直攝影測量;

3）像控間距航向400 m、旁向400 m方案,兩種模型平面中誤差滿足1∶1000 精度要求,高程中誤差≤1/3 h（h取1.0 m）精度要求；

4）像控間距航向800 m、旁向400 m方案,兩種模型平面中誤差滿足1∶1000 精度要求,高程中誤差≤1/3 h（h取1.0 m）精度要求,但特征地形點有1個高程較差＞0.5 m。

為進一步研究傾斜攝影像控布設與精度關系,本次還進行像控間距航向、旁向均1200 m,以及選取航線1-7 的相關影像數據和像控點數據進行像控間距航向、旁向均800 m,航向1200 m、旁向800 m三種方案分析,并在三種方案進行空三解算和建模時,均增加1個測區(qū)中心像控點參與解算。相關數據統計見表2。

從表2 統計表中可以看出:

表2 像控檢查點精度測試統計表 單位：m

1）在4種不同像控布設方案下,傾斜攝影測量建立的三維模型平面和高程精度,隨著像控間距的增加而衰減。

2）像控間距航向800 m、旁向800 m方案,三維模型平面中誤差滿足1∶1000 精度要求,高程中誤差≤1/3h（h取1.0 m）精度要求。

3）像控間距航向1200 m、旁向800 m方案,三維模型平面中誤差仍然滿足1∶1000精度要求,高程中誤差≤1/3 h（h取1.0 m）精度要求,但特征地形點有2 個高程較差＞0.5 m。

3 結論及建議

通過兩種不同攝影測量方式及不同像控布設方案,對測量模型精度對比研究和統計分析。

（1）傾斜攝影測量可以獲取多方位、多角度的傾斜影像資料,采用多視影像的密集匹配、多視影像的聯合平差等技術,使側面影像紋理參與解算和建模,能夠更好、更直觀地反映目標物體的實際視覺效果,有效避免了垂直攝影技術弊端,同等條件下,傾斜攝影測量精度高于垂直攝影測量,在高程精度上表現尤為突出。

（2）測區(qū)像控點的布設方案是影響三維模型精度的主要因素,同一測區(qū),像控點布設密度越大, 三維模型精度就越高。因此,在項目技術方案設計時,要根據測區(qū)情況和精度要求,合理布設像控是保障模型精度,提高工作效率的有效措施。

（3）針對CW-10 無人機搭載五個Sony ILCE-5100 鏡頭,采用垂直攝影測量時,像控布設間距建議采用800 m、旁向400 m方案；采用傾斜攝影測量時, 像控布設間距建議采用1200 m、旁向800 m方案,均可滿足l∶1000 地形圖高程等高距為h=1.0 m的高程精度要求。