以沙苑實驗區(qū)1∶1000無人機大比例尺數(shù)字化成圖生產為例，闡述了無人機數(shù)據(jù)空三加密流程，采用三種方案進行試驗，并對試驗結果進行對比分析，探討了提高無人機大比例尺數(shù)字化成圖精度的方法。
關鍵詞:無人機;空中三角測量;POS
0引言
目前，小型無人機對地觀測系統(tǒng)已經成為世界各國爭相研究的熱點課題，并在實際應用過程中不斷提升無人機對地觀測系統(tǒng)的性能。與傳統(tǒng)測量方法、衛(wèi)星遙感和航空遙感相比，無人機遙感具有高時效、高分辨率、低成本、低損耗、低風險及可重復等諸多優(yōu)勢，能夠在大面積區(qū)域、常規(guī)航攝困難地區(qū)和突發(fā)自然災害地區(qū)快速獲取高分辨率影像，可以更快、更高效地制作大比例尺地形圖、DEM、DOM和DSM等數(shù)字產品及數(shù)字三維城市[1，2]。并且快速獲取的國土、資源、環(huán)境等地理信息的空間要素，已廣泛應用到大比例尺地形圖繪制與更新、自然災害與地質環(huán)境勘查、土地利用動態(tài)監(jiān)測、電力工程、海洋資源與環(huán)境監(jiān)測、風能開發(fā)勘測、交通、軍事等領域[3]。同時，無人機在應急測繪、中小區(qū)域測繪、農村建設測繪和困難地區(qū)測繪中都發(fā)揮著重要的作用[4]。因此，如何提高無人機大比例尺成圖精度具有一定的研究價值。
1無人機數(shù)據(jù)空三加密流程
本研究采用航天遠景空三處理軟件DATMatrix，DATMatrix數(shù)碼新空三是由航天遠景公司自主開發(fā)的空中三角測量系統(tǒng)。利用少量的地面控制點來重新計算實驗區(qū)中所有影像新的外方位元素和所有加密點的地面坐標。該系統(tǒng)主要針對小數(shù)碼影像，也支持大數(shù)碼影像和膠片影像。除半自動量測控制點外，其他所有作業(yè)，如內定向、連接點提取等都可以自動完成。連接點自動提取模塊算法先進、效率高、運行可靠、結果精確。該系統(tǒng)集成PATB光束法區(qū)域網平差軟件，所以粗差檢測功能和平差計算功能都很強大。DATMatrix空三處理流程如圖1所示。
圖1DATMatrix空三處理流程
2研究區(qū)及數(shù)據(jù)介紹
沙苑實驗區(qū)進行無人機航拍時，天氣晴朗，風速2級，符合飛行氣象條件。本次實驗采用NIKOND800數(shù)碼相機，鏡頭焦距為23.8889mm，像幅為7360×4912，像素大小為0.0048mm×0.0048mm。采用相對航高510m，測區(qū)共4條航線，48張無人機影像。沙苑實驗區(qū)航帶分布如圖2所示。
圖2沙苑研究區(qū)航帶分布圖
3數(shù)據(jù)實驗
1)實驗方案設計
沙苑試驗區(qū)1∶1000航攝精度提高方法研究方案如下:
方案一:對比有無POS數(shù)據(jù)參與時自動轉點結果的精度。
方案二:先在實驗區(qū)外圍布設4個控制點，然后逐漸向實驗區(qū)均勻加點，對比實驗區(qū)平面和高程精度變化情況。
方案三:在實驗區(qū)平面高程均達到精度要求時，增加路面高程控制點，對比實驗區(qū)高程精度變化情況。
2)方案一
POS系統(tǒng)獲取航空攝影曝光時刻影像的空間位置和姿態(tài)，在自動轉點過程中，POS數(shù)據(jù)輔助空三轉點能夠快速進行影像匹配，縮小同名點的搜索范圍。方案一對沙苑實驗區(qū)1.7km2的范圍，采用航天遠景DATMatrix2.0軟件進行轉點實驗，對有無POS數(shù)據(jù)輔助自動轉點的結果，從效率、個數(shù)、精度3個方面進行對比。對比結果見表1。
表1POS輔助自動轉點精度對比
3)方案二
POS輔助空三自動轉點完成后，在影像上缺少連接點的地方添加連接點，刪除和編輯粗差點。平差解算后編輯、刪除爭議點列表里的粗差點，直到滿足平差精度。量測控制點時，先在工程區(qū)域的四角周邊刺入4個控制點，然后均勻加入其他控制點，邊加點邊平差，直至平差達標。加點方案如圖3所示。
圖3沙苑加點方案圖
?、偈紫仍诓捎?1條基線跨兩條航線的布點方案，在測區(qū)的四周布設4個點，在圖3中用序號1表示。
②采用10條基線不跨航帶的布點方案，在第一步的基礎上在第二、第三條航線的首尾分別布設一個點，在圖3中用序號2表示。此時，測區(qū)總共布設了8個點。
?、墼诘诙降幕A上分別在4條航帶的中間分別布設一個點，在圖3中用序號3表示。此時采用5條基線或6條基線的布點方案進行布點，測區(qū)總共布設了12個點。
?、茉谏厦娴牟键c基礎上，對左半邊的控制點進行加密，布設4個點，在圖3中用序號4表示，此時對于左半邊為2條或3條基線進行布點，對于右半邊仍按照6條基線布點。此時，測區(qū)總共布設16個點。
?、萃軐τ野脒叺目刂泣c進行加密，布設4個點，在圖3中用序號5表示，此時整個測區(qū)按照2條或3條基線的布點方案進行布點，測區(qū)總共布設20個點。
通過對沙苑實驗區(qū)進行實驗，得到控制點的平面和高程精度隨著逐步加點的變化如圖4所示。
圖4沙苑平面、高程精度對比圖
從圖4分析可得，沙苑實驗區(qū)在加密時，按照方案逐步加點，其平面和高程精度不斷提高。測區(qū)完成第三步加點后，基本定向點平面精度達到規(guī)范要求(0.3m)，高程精度達到規(guī)范要求(0.2m)，隨著控制點的增加，平面和高程精度不斷提高，當控制點到達16個(即就是按照4條基線或者5條基線布點)以后，隨著控制點的增加，其精度變化趨于平穩(wěn)。
4)方案三
對于無人機航空攝影測量來說，無論是飛機飛行因素還是實驗區(qū)高差因素的影響，高程精度總是沒有平面精度容易達到規(guī)范要求。因此，我們提出在實驗區(qū)的硬化地表上均勻加一些高程點用來參與高程平差，通過與沒有硬化地表點的加密結果進行對比，結果見表2。
表2有無硬化地表點參與加密的精度對比(單位:m)
通過上表計算可得，未加硬化地表高程點時高程中誤差為0.221，加上硬化地表點之后高程中誤差為0.183(規(guī)范0.28m)。因此，可采用測區(qū)硬化地表高程點參與高程平差，來提高測區(qū)空三加密成果精度。
4結束語
本文以沙苑測區(qū)為研究對象，根據(jù)不同方案進行加密試驗，通過對試驗結果的對比分析，得出提高無人機大比例尺航攝成圖精度的方法，為無人機航攝成圖奠定了理論和實踐基礎。
1)POS數(shù)據(jù)參與空三轉點時，其轉點質量明顯優(yōu)于沒有POS數(shù)據(jù)參與的情況，POS參與空三加密可提高成圖精度。
2)引入硬化地表高程點參與平差，能提高空三加密的高程精度，從而提高整個地形圖的成圖精度。
3)對于1∶1000的類似于沙苑實驗區(qū)的平原來說，選取5條基線的布點方案就可以滿足《GBT23236-2009數(shù)字航空攝影測量———空中三角測量規(guī)范》，若按照此方案來進行外業(yè)像控布點，不但不會造成外業(yè)盲目的工作量，而且可以使加密精度有所保證，從而提高大比例尺成圖精度。
參考文獻:
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[2]肖高銘，詹衛(wèi)華，張艷紅.淺談空中三角測量在實際工作中的應用[J].測繪與空間地理信息，2007，30(6):161-164.
[3]滿燕，羅瞳.IMU/DGPS輔助的大跨度航線區(qū)域網平差精度分析[J].地理空間信息，2010，8(3):86-89.
[4]李金火，張其康，陳碧興.大比例尺航測成圖的航攝比例尺探討[J].地礦測繪，2002，18(2):28-29.
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