无人机航测技术的应用与实践.doc

无人机航测技术的应用与实践摘要：以生产项目为例，以无人机航测的技术流程为主线索，介绍了我单位在无人机航测技术方面的发展。得到了关于无人机航测技术的一些结论和建议：提高无人机航测技术的关键在于航摄技术的提高，无人机航测技术是大飞机航测的有益补充，在灾害应急等方面尤其无可替代的优越性但在航测地形图（DLG）尤其是大比例尺地形图生产方面还存在一些问题。关键词：无人机；航测技术无人机航测遥感技术是继卫星遥感、大飞机遥感之后发展起来的一项新型航空遥感技术，在应急测绘保障、国土资源监测、重大工程建设等方面得到广泛应用。它是一种不失机动灵活、可以实现快速响应又低成本、精度高的一种航测技术1。但也存在影像航向重叠度和旁向重叠度不规则、像幅小像片数量多、影像的倾角过大且倾斜方向没有规律、航摄区域地形起伏大、高程变化显著，影像间的比例尺差异大、旋偏角大，影像有明显畸变等，这些情况都对现有航测技术提出了挑战2。自上世纪80年代以来，无人机测绘系统成为世界各国竞相研究的热点课题。随着计算机技术、通讯技术的发展，无人机的性能也水涨船高，应用范围和应用领域迅速拓展，这为无人机测绘系统的研制提供了保障3。目前国内无人飞行器航测遥感技术在测绘行业有了很大的推广应用，但大都是生产制作DOM及DEM，对于大比例尺DLG的生产只是进行过小面积实验，很少进行实际的生产应用。本文从生产案例出发，以目前最先进的航测技术为主线，对生产过程中无人机航测与大飞机航测的不同、无人机航测的一些特殊问题进行了分析探讨和解决，为我公司在无人机航测技术的掌握方面积累了经验。1测区自然概况测区隶属于河北省邯郸市，测区跨越武安市、磁县、邯郸县三个县级政区。居民地较多，人口较密集。属暖温带半湿润大陆性季风气候区，受大陆性季风影响，气候四季分明，冬长夏短，雨水多集中在夏季。测区内各种等级的公路均有分布，交通方便。测区海拔高程最高305m，最低150m。地貌以平、丘地为主。有漳河、岳城水库等水系分布。2生产实践与作业方法2.1项目的作业依据本项目依据国家标准规范GB/T7931-2008、GB/T7930-2008及GB/T23236-2009和无人机航测指导性文件CH/Z3005-2010、CH/Z3004-2010和CH/Z3003-2010等。2.2数据源及预处理2.1.1数据源本测区选用无人机航空摄影获取到的一套真彩色影像，航摄面积为53平方公里。航摄仪采用CanonEOS5DMark，焦距为：35mm，相幅大小为：56163744，像元分辨率为6.41um。影像地面分辨率为0.2米。2.1.2遥感影像预处理无人机航空摄影采用的相机为非量测型相机，因此，在进行空中三角测量恢复影像空中姿态时，需要对相机进行像片畸变差改正45。此案例在收到航摄影像资料时已经完成了此项工作。2.3无人机航测总体作业流程2CanonEOS5DMark，焦距为：35mm，相幅大小为：56163744，像元分辨率为6.41um。影像地面分辨率为0.2米。2.1.2遥感影像预处理无人机航空摄影采用的相机为非量测型相机，因此，在进行空中三角测量恢复影像空中姿态时，需要对相机进行像片畸变差改正45。此案例在收到航摄影像资料时已经完成了此项工作。2.3无人机航测总体作业流程2.4无人机航空摄影本次无人机航摄分两个架次进行，由GPS领航数据计算相对飞行高度。飞行质量和影像良好，影像清晰度不高，但照片色彩均匀，饱和度良好，能够表达真实的地物信息，可以满足1:2000成图要求。对航摄飞行质量为航向重叠度为75%，旁向重叠一般为35%-45%，旋偏角一般控制在12度以下。没有进行像片倾角的检查。2.5像片控制测量2.5.1像控点精度要求像控点对最近基础控制点的平面位置中误差不大于0.2米，高程中误差不大于0.2米。2.5.2像控点布点方案本项目是基于我公司2010年无人机航测课题试验之后完成的一个无人机航测项目，因此布点方案我们也参考了试验结果，最终布点方案确定为双模型布点，全部布设为平高点。2.5.3像控点测量在像控测量之前，首先对测区内收集到的已知控制点进行联测，检核控制点情况；为满足后续像控测量，联测已知点的同时加密了4个控制点。联测采用GPS静态相对定位方式施测，采用边连式的布网形式。全网共联测已有已知点10个，新设控制点4个；观测时具体技术参数依据规范。通过计算，最弱点点位误差为0.035m，最弱边相对误差为1/45537m，满足像控测量要求。本测区像控点采用GPS实时动态定位（RTK）的方法进行测量。GPS实时动态定位（RTK）测量使用5台GPSRTK接收机进行测量。充分利用已测控制点数据，采用室内求解转换参数，已知点上设置参考站的测量方法。为了保证精度，流动站不超过5公里，坐标精度在3以内时记录数据，每个点重复测量三次取平均值为测量成果。成果质量检查验收项目航测技术设计像片控制测量全数字空中三角测量项目航空摄影技术设计数据采集测区踏勘、收集资料航空摄影2.6空中三角测量本项目采用SSK工作站进行空三加密，根据航飞及影像分布情况，将空三区域分为两个加密区域网采用自动与手动相结合的方式进行空三加密，即采用自动匹配进行像点量测，剔除粗差。人工调整直至连接点符合规范要求，保证在2/3个像素以内。加入外业像控点对本区大地定向，进行计算、检查，检查点平面中误差为0.3米，高程中误差为0.17米，根据规范GB/T23236-2009最终加密成果符合1:2000数据采集要求。2.7数据采集在空三完成后，利用空三成果进行单模型定向时我们发现有模型无法定向的情况，第一架次无法建立的模型有29个，占总模型数的4%。第二架次有67个无法建立的模型占总模型数的9%。并且存在测图定向点超限的情况。究其原因，应该是无人机航摄质量存在问题。比如，无人机航摄姿态不稳定导致的飞行倾角、旋偏角过大，航线弯曲、像片比例不一致等现象都是导致单模型定向精度差的原因67。考虑到1:2000地形图精度要求，我们提出了如下解决方案：在测图定向超限点的周围进行野外实测用来检核分析数据并进行必要的修正。不过，这在一定程度上增加了我们的生产成本。2.8项目精度报告根据1:2000精度要求对测绘产品检进行了高程精度的统计，统计了6幅DLG图，其中中误差最大为0.36米，最小为0.27米，可以看出符合规范要求，但是从统计的结果看，粗差率比较高，有的达到了5%。平面精度一般可以达到，因此没有做平面精度检测。3结论及建议（1）无人飞行器测绘技术是集成了低空航空摄影技术、传感器技术和数据处理技术等多种关键技术的一门航空摄影测量技术。我们认为提高低空航空摄影技术是无人机航空摄影测量技术的关键所在；当然使用适当的无人机航摄影像的处理技术可以在一定程度上消除无人机航空影像不规则带来的影响。（2）无人机航空摄影测量技术应用于地形图的生产存在不确定性，比如，区域网整体加密精度评定良好，单模型中误差也可能良好，但单模型定向精度就存在超限情况，也就是个别点的超限情况，在测图过程中表现为测图定向点和立体模型套合差大、接边误差大等。可以通过外业实测来验证精度。（3）建议在利用无人机航测这种新技术进行航空摄影测量时，采用试验区的作业方法，即在确定布点方案前选取一定面积的试验区进行布点方案试验；（4）建议利用无人机航空摄影测量技术进行地形图生产，尽可能在载人机不便或无法完成的情况下，由无人机来完成。如多块小面积、危险场所、远离机场或没有可供其起降场地的区域。总之，目前无人机航测技术应该体现在载人飞机航测技术的补充方面。参考文献：1王聪华。无人飞行器低空遥感影像数据处理方法J中国优秀硕士论文2006；2无人机航测遥感系统技术集成方略；3范承啸，韩俊，熊志军，赵毅。无人机遥感技术现状与应用J测绘科学2009，34（5）：214-215；4陈新玺，李浩，张曼祺。普通数码相机构像畸变差两种检较模型的比