李勇

（新疆維吾爾自治區(qū)第二測繪院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

無人機低空遙感作為一種新型高效的影像獲取技術(shù)，具有使用便捷、機動靈活、時效性強等優(yōu)勢，是衛(wèi)星遙感和大飛機航空攝影的有力補充［1］。目前，輕小型無人機在農(nóng)村土地確權(quán)、災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測、自然資源調(diào)查、國土空間規(guī)劃、礦山測繪等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［2-4］，正逐步成為獲取空間地理信息的重要手段。

GNSS輔助航空攝影測量在測繪行業(yè)有著重要地位，尤其是GNSS 后差分技術(shù)的逐漸成熟與應(yīng)用，為航空攝影測量提供了更加高效的手段[5]。無人機后差分技術(shù)的特點是能夠獲取高精度的攝站點三維坐標(biāo)，用高精度的POS 數(shù)據(jù)輔助空三加密，可減少野外像控點數(shù)量，提高工作效率，降低作業(yè)成本[6-7]。本文基于GNSS 后差分技術(shù)，用CW-30 大鵬無人機進(jìn)行大比例尺測圖，研究GNSS 后差分輔助空三的像控點布設(shè)方案和GNSS后差分輔助空三加密技術(shù)流程，為無人機完成大比例尺航空攝影測量提供依據(jù)。

2 CW-30 大鵬簡介

CW-30 大鵬垂直起降固定翼無人機采用油電混合動力，性能穩(wěn)定，攜帶方便，續(xù)航能力和任務(wù)載荷能力強，在城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測、水利設(shè)計、文物保護(hù)等領(lǐng)域有著重要作用。CW-30 無人機參數(shù)如表1 所示。

3 項目應(yīng)用

3.1 航攝計劃

航測設(shè)備采用CW-30 固定翼無人機搭載尼康D810相機，并配套PPK 模塊一體作業(yè)。測區(qū)面積約4.782km2，成圖比例尺為1∶1000，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用2000 國家大地坐標(biāo)系，中央子午線為東經(jīng)114°，高程系統(tǒng)采用1985 國家高程基準(zhǔn)。航攝范圍和航線示意圖如圖1 所示，航攝技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表1 CW-30無人機參數(shù)

圖1 航攝范圍及航線示意圖

表2 CW-30航攝技術(shù)參數(shù)

3.2 數(shù)據(jù)獲取

航測工作中，兼顧測圖精度和生產(chǎn)成本，通過改變布點的航向間隔和旁向間隔設(shè)置最佳像控點布設(shè)方案，根據(jù)測區(qū)實際規(guī)劃航線，設(shè)置合適的飛行高度和影像重疊度等參數(shù)，按航線飛行獲取影像數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理包括坐標(biāo)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三加密和數(shù)字化產(chǎn)品制作。

3.3.1 坐標(biāo)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理

檢查坐標(biāo)影像和POS 坐標(biāo)文件的完整性和邏輯一致性，將POS 數(shù)據(jù)大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000 坐標(biāo)，利用航空攝影測量軟件對航測影像進(jìn)行畸變改正、勻光勻色和影像匹配等預(yù)處理。

3.3.2 GNSS 后差分POS 輔助空三

后差分POS 輔助空三技術(shù)流程：航測數(shù)據(jù)經(jīng)過畸變改正、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、刺像控點后，通過GNSS 后差分輔助區(qū)域網(wǎng)平差等處理，計算出每張像片的位置、姿態(tài)等6 個外方位元素，完成空三加密。輸出加密成果后檢查所有像控點的精度和模型連接差。技術(shù)流程如圖2 所示。通過采集密集控制點進(jìn)行空三區(qū)域網(wǎng)平差，解算每張像片設(shè)站坐標(biāo)以此作為真值，與初始POS 和后差分POS 對比，精度分析統(tǒng)計如表3 所示。

圖2 空三加密處理流程

表3 后差分POS精度分析統(tǒng)計（單位：m）

3.3.3 數(shù)字化產(chǎn)品制作

數(shù)字化產(chǎn)品生產(chǎn)包括DEM、DOM、DLG 制作。使用無人機低空遙感數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行照片對齊、自動像點匹配、不合格點剔除、照片深度匹配、建立密集點云、生成網(wǎng)格和紋理等，獲得高密度點云、高分辨率DOM 和DEM（如圖3 所示）。然后利用高密度點云生成等高線和高程點，疊加正射影像、DEM 采集地物，進(jìn)行等高線編輯、地物繪制地形圖生產(chǎn)（如圖4 所示）。

圖3 DEM和DOM成果

圖4 DLG線劃圖成果

3.4 數(shù)據(jù)檢核與精度分析

根據(jù)《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》（GB/T 23236—2009）的相關(guān)規(guī)定，我國現(xiàn)行空中三角測量區(qū)域網(wǎng)平差誤差標(biāo)準(zhǔn)如表4 所示。

表4 丘陵地區(qū)基本定向點殘差、檢查點誤差、公共點較差最大限值（單位：m）

檢查點的平面中誤差、高程中誤差按公式（1）計算：

公式（1）中，m1為檢查點中誤差，Δ 為檢查點野外實測值與解算值誤差，n 為參與評定精度的檢查點數(shù)。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，在測區(qū)均勻 選取50 個有明顯特征的地面檢核點，包括房角、道路、干溝、池塘等地物設(shè)施，對不引入控制點的空三加密成果進(jìn)行誤差統(tǒng)計，平面位置誤差檢查方法主要是在DOM 數(shù)據(jù)上采集平面坐標(biāo)，高程誤差則通過三維模型采集高程值。最后與實地采集的坐標(biāo)進(jìn)行對比，分別計算平面位置中誤差與高程中誤差。坐標(biāo)檢核統(tǒng)計如表5 所示，計算結(jié)果如表6 所示。

表5 坐標(biāo)檢核統(tǒng)計表（單位：m）

表6 坐標(biāo)精度統(tǒng)計表（單位：m）

結(jié)果顯示，根據(jù)《基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1∶500、1∶1000、1∶2000 數(shù)字線劃圖》，在平地、丘陵地區(qū)，1∶1000 比例尺的DOM 明顯地物點的平面位置中誤差不應(yīng)大于0.6m，DEM 檢核點的中誤差不應(yīng)大于0.2m，在不引入控制點情況下生成的正射影像圖和三維模型精度完全滿足規(guī)范要求，中誤差及最大誤差均沒有超過限差值，滿足大比例尺測圖要求。

4 結(jié)語

本文將GNSS 后差分技術(shù)應(yīng)用于CW-30 大鵬固定翼無人機航測，并進(jìn)行GNSS 后差分輔助空中三角測量試驗，得出結(jié)論：（1）CW-30 大鵬無人機航測采用GNSS 后差分輔助空中三角測量的結(jié)果能滿足1∶1000 成圖比例尺的空三精度要求。（2）GNSS 后差分輔助空三的方法極大減輕了像控點野外測量工作量，縮短了航攝到完成加密的時間，提高了效率，節(jié)約了成本。