无人机航测若干问题分析

何碧波1，倪 峰2，郑明灯2

（1.湖北省测绘地理信息局测绘应急保障中心，湖北 武汉 430074；2. 湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074）摘 要：根据生产实际，针对无人机搭载非量测相机进行机航摄时存在高程误差超限的问题进行了分析，提出了解决方法，最终结果满足规范要求，具有一定的生产应用价值。关键词：无人机；航测；航空摄影；内方位元素

中图分类号：P237 文献标志码：B

近年来，无人机作为一种新型遥感平台，广泛应用于环境监测、农村土地利用调查、作物长势监测、城市管理、国防事业等领域。无人机航空摄影测量可以快速、机动、灵活地获取项目区域的航空影像，无人机航空摄影虽然能够快速满足小面积、大比例尺地形图绘制的需要，但效果往往不够理想。本文结合洪湖市汊河镇1∶2 000无人机航测项目，通过对其结果的归纳分析，提出了解决方案。

1 项目实施

本次项目区域位于湖北省洪湖市，属于平原地区，项目要求完成汊河镇1∶2 000地形图绘制，面积约4 km2，由于面积较小，此次采用固定翼无人机作为飞行平台，搭载加固并检校过的Canon EOS 5D MarkII数码相机作为传感器，单幅影像大小为5 616×3 744 像素，鉴定主距为35.513 mm，采用无地面基站机载GPS辅助航摄技术进行航空摄影。测图航线设计航高为真高550 m，地面实际分辨率为0.1 m，构架航线设计航高为真高630 m，地面实际分辨率为0.12 m。共设计测图航线10条，为第18-27航线；构架航线2条，分别为第28、29条航线，实际摄影面积为6.3 km2，见图1。

由于采用机载GPS辅助航摄技术进行航空摄影，故仅需在加密测区四角布设相片控制点，4个相片控制点为：P8801、P8617、P8815和P8602。为了评价加密精度，还布设了10个检查点，每个相片控制均有明显地面标志物选刺，并利用RTK和湖北CORS站进行相片控制测量。

机载GPS数据下载后，联合17 h的快速星历进行解算，最后根据每张相片曝光的GPS时刻内插出每张

收稿日期：2016-05-03。

文章编号：1672-4623（2016）12-0013-02

相片的外方位元素的线元素[1-3]。

空三平差采用WuCaps联合平差程序系统进行，平差后的外方位元素导入数字摄影测量工作站后再进行航测内业数据采集。在外业调绘基础上还利用了RTK对明显建筑物进行了平面测量，共测得房角、水渠角等明显标志物46个，项目区的高程根据内业采集点位利用RTK进行实测[4]。

图1 汊河镇航线及像控分布图

2 精度及问题分析

1）空三精度分析。空三平差后的像控点和检查点的平面与高程余差情况见表1。

从表1中空三加密像控点、检查点的余差情况看，平面余差小于0.8 m，满足1∶2 000航测加密要求；高程余差不能够满足1∶2 000航测加密要求。

2）成图平面精度。利用外业测量的46个平面地物检查点坐标，在CAD环境下与航测内业地形图进行比对，图上点与实测点平面中误差为0.75 m，小于规范要求的1.2 m，其中最小误差0.22 m，最大误差1.24 m。

·14·地理空间信息第14卷第12期

由于空三加密像控点与检查点的高程误差超过规范要求，所以，此次地形图高程点全部采用外业RTK实测的方式进行，作业人员按照地形图上的高程点的点位进行实际测量，共实测高程点103个，与航内采集到的高程点在CAD下进行精度统计，图面点与实测点的高程中误差为0.73 m（规范要求0.4 m），最大误差1.66 m。从本次项目的空三加密余差结果和最终地形图成图误差情况来看，空三平差的精度情况与地形图成图精度情况相一致，其平面精度满足规范要求，而高程精度达不到规范要求。

表1 像控点、检查点余差

点号RxRyRxyRh9986030.036-0.5380.539-0.068998609-0.303-0.0220.3030.0169986140.161-0.6160.636-0.907998617-0.186-0.6570.6820.7609986390.110-0.1240.165-0.1029986540.2230.4350.488-0.242998709-0.0390.1030.1100.7749987230.1440.1200.1870.3939987360.1780.0760.1930.575998743-0.523-0.0360.524-0.5149987460.0840.0300.0890.637998751-0.1210.0570.1330.012998800-0.2400.5460.596-0.534998815

0.734

-0.144

0.747

-0.640

由于无人机在飞行过程中，飞行姿态受气流等外界因素的影响，拍摄时相机倾角过大，从而对模型高程面造成一定的扭曲，是导致高程误差超限的原因之一；另外，由于民用相机镜头和机身部分在飞行过程中受飞机的振动以及气温变化的影响，相机内方位元素发生了改变，从加密结果可以看出，部分连续相片的相机主距变化能达到2%，这也在一定程度上也影响了航测的高程精度[5]

。所以通过无人机搭载非量测相

机航摄的方式，尽管在摄影前后对相机进行了标定，也不能保证在摄影过程中内方位元素的稳定，因此难以获得理想的航测高程精度[6]。

在一般情况下，数码摄影完成的1∶2 000地形图底图影像实际分辨率在0.20 m左右，本项目采用无人机搭载普通数码相机将地面实际分辨率提高到了0.10 m左右，从加密和成图精度检测的结果来看，能够满足1∶2 000地形图平面精度要求的[7]。

3 结 语

利用无人机搭载检校后的普通数码相机并采用机载GPS辅助航摄可以满足1∶2 000地形图成图的平面精度，但由于飞行姿态和相机内方位元素不稳定，高程精度不能满足相应技术规范的要求。针对小面积或局部地形图补测等应急测绘工作，可采用无人机搭载GPS辅助航摄技术进行航测项目生产，但其高程必须利用外业实测来完成，具有一定的生产应用价值。

参考文献

[1] 张祖勋, 张剑清.数字摄影测量学[M].武汉: 武汉大学出版

社,1997

[2] 袁修孝,高宇,邹小荣.GPS辅助空中三角测量在低空航测

大比例尺地形图成图中的应用[J].武汉大学学报（信息科学版）,2012,37(11):1 289-1 293

[3] 黄世德.航空摄影测量学[M].北京:测绘出版社,1987[4] 李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学

出版社,2003

[5] 冯文灏.关于近影机景摄检校的几个问题[J].测绘科学,2000

(6):13

[6] 柏飞.影响无人机航测高程精度分析[J].测绘技术装备,2014(3):92-93

[7] GB 7930-2008.1：500 1：1 000 1：2 000地形图航空摄影

测量内业规范[S].

第一作者简介：何碧波，高级工程师，主要从事测绘地理信息技术工作、测绘项目生产管理工作。