探究无人机低空摄影测量成图精度

探究无人机低空摄影测量成图精度

曾令沙徐杰然王睿

解放军32023部队辽宁大连116023

摘要：在现有技术条件下，航空摄影测量成为获得高分辨影像的首选技术手段，但是传统航空摄影测量对外界条件的依赖性较大，相关工作的开展也并不顺利。近年来，基于无人机平台的航空摄影技术得以广泛应用，低空数字摄影测量系统现已进行实际应用阶段，对相关技术进行分析和探讨，具有重要的现实指导意义。本文以低空数字摄影测量系统为研究对象，对相关成图关键技术进行分析，重点对成图精度进行探讨，以期为实际应用提供必要的指导。

关键词：无人机；低空摄影；测量；成图精度

近年来，我国经济不断发展，技术不断进步，信息化程度不断加深，人们对遥感影像的分辨率以及实时性和时效性都提出了很高的要求，但传统的测绘方法很难满足这些要求，基于无人机的低空摄影测量技术，由于其特有优势，较低的成本以及较高的时效性、分辨率，同时由于其较低的消耗以及风险性等，且可实现较大面积，较难测绘以及较易发生冲突的地区的测量，应运而生。作为一种新的测绘手段，对其成图精度的分析，探讨其影响因素，对于无人机低空摄影测量技术具有非常重要的作用。

1无人机低空摄像测量的重要性

近年来，我国经济不断发展，技术不断进步，信息化程度不断加深，人们对遥感影像的分辨率以及实时性和时效性都提出了很高的要求，但传统的测绘方法很难满足这些要求，基于无人机的低空摄影测量技术，由于其特有优势，较低的成本以及较高的时效性、分辨率，同时由于其较低的消耗以及风险性等，且可实现较大面积，较难测绘以及较易发生冲突的地区的测量，应运而生。

2无人机低空数字摄影测量技术概述

无人机是一种以无线电遥控设备或由自身程序控制为主的不载人飞机，其搭载高分辨率CCD数码相机作为遥感平台，形成了无人机低空航摄系统。它可以快速高效地获取高分辨率遥感影像，并运用无人机航摄遥感影像内业处理工作站对数字影像数据进行批量处理，按照内业规范精度要求制作地形图、DOM、DEM、DSM及相关专题图等地理信息产品。总之，无人机低空航摄技术是集成了高空拍摄、遥控、遥感、以及航空摄影测量的新型应用测绘技术，以数据快速处理系统为技术支撑，具有对地快速实时调查监测能力。无人机低空摄影测量技术具有在云下低空飞行的能力。与卫星航天光学遥感和大飞机航空摄影等常规航摄系统相比，具有以下优点：

2.1快速机动的响应能力

无人机运输便利，车载系统可快速到达指定目标区域，对天气依赖小，起降受地形条件影响小，无需专用机场支持，可以通过弹射或者地面方式如草地、空地、道路等多种地域快速起飞，用滑行或伞降的方式回收，可及时准确地获取实时、直观和可靠的遥感影像，有效地提高地理信息获取的时效性、针对性、准确性和科学性。

2.2高分辨率遥感影像数据的获取能力

无人机低空航摄系统可获取高分辨率遥感影像和POS定位数据，并可搭载不同的传感器，获取多时相、多光谱、多分辨率的遥感数据。无人机平台搭载的数码成像设备，具备面积覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力，可获取厘米级分辨率的遥感影像，可制作大比例尺DLG、高分辨率DOM、高精度DEM等数字地理信息产品。

2.3成本低，安全可靠

由于无人机的体型小，耗费低，无需专用的起飞和停放场地，其使用和维护成本远远低于载人飞机系统和遥感卫星。无人机航摄系统可以通过测控地面站设计飞行航线，飞行导航控制系统保证无人机按规定航线飞行，影像数据可通过数据链实时或准实时传输至地面控制端，因此，即使无人机受损，也能保障人员安全和数据安全，并可进入沙漠、突发自然灾害和放射性灾害等困难地区进行航拍作业。

综上所述，与卫星、载人航空等遥感平台相比，无人机遥感具有明显的技术优势，但是仍存在缺陷，主要包括：复杂的地形条件对无人机飞行和操控的影像较大；恶劣的天气（如大风、大雾、大雨、大雪等）影响无人机的航拍工作，无法获取高质量清晰的遥感影像。

3无人机低空摄影测量系统及其关键技术

3.1低空摄影测量系统

无人机指的是利用无线电遥控设备，实现无人驾驶的飞机。无人机具有较快的机动响应能力，较高分辨率、较快的数据获取能力以及较低的成本消耗，较高的安全可靠性能。无人机低空摄影测量技术的测量系统，包括：无人飞行平台，飞行导航与控制平台，地面的监控，任务设备，数据传输系统等。

3.2低空摄影成图的关键技术

无人机低空摄影的主要目标是为空三加密提供像片控制点的物方大地坐标和影像上具体的刺点位置，从而实现摄影的数据与大地的测绘相联系，进而建立数学关系。无人机低空摄影成图的关键技术是影响数据的预处理技术，影响匹配的技术以及3D产品的输出技术。无人机低空摄影成图的处理关键是对这三个过程的处理。对于影响匹配来讲，重点是进行特征点提取，匹配测度，以及匹配策略。

4无人机低空摄影测量成图精度分析

4.1无人机影像质量检查

无人机在空中航摄过程中，受飞行环境和气候气象条件的影响，使实际航线偏离预定航线，导致影像质量的好坏，最终影响地理信息产品的精度，因此，航摄作业完成后，需要检查无人机空中飞行质量与影像质量，检查其是否满足内业规范要求。无人机低空摄影测量所获取的遥感影像，除了在现场检查影像色调、饱和度、云和雾之外，还需要检查的主要内容包括：影像重叠度、航带弯曲度、航带内最大高差和像片旋偏角，并依照CH/Z3005-2010低空数字航空摄影规范对其进行评定，如果检查不合格，需要重飞或补飞。

4.2摄影内业处理技术

内业数据处理包括数据预处理、自动空三加密和3D产品生产三部分内容，其中数据预处理的流程为：影像、相机和POS资料→设置测区参数→影像预处理→导入POS、设置航带→调整航带对应关系，该流程核心部分影像预处理，包括畸变差改正、Wallis滤波变换、生成快视图和金字塔影像等环节，畸变差是系统误差的一种，对其进行改正可从原始影像出发，运用相机检校，还可以对像点坐标进行纠正，结合灰度插值法来改正图像，即将彩色影像转变为灰度影像，然后映射到给定的灰度方差值，通过局部影像的转变来干烧图像的质量，然后采取从粗到精、不断细化的分级匹配策略，建立金字塔影像。

自动空三加密的流程为：自动影像匹配→自动挑点→自由网平差→像点编辑、像控点转刺→区域网平差→空三成果输出，首先提取影像特征点，经测度获取最终自动转点结果，然后将提取的连接点及少量地面控制点群、全部纳入统一的物方坐标系中，这是整个无人机影像内业处理最为关键的一个环节。3D产品生产由两大流程构成，分别为导入VirtuoZo软件→生成核线影像→立体测图→获得DLG和密集匹配→生成和编辑DEN→编辑DOM→获得DEN、DOM，首先建立数字高程模型，获得正摄影像，然后进行数字线化图，制成DLG、DEN、DOM等数字产品。

结语

随着各领域信息化、数字化建设进程的日益加快，对信息数据的需求越来越迫切，尤其是测绘行业，其对高分辨遥感影像的实时性、准确性也提出了更高的要求，无人机因具有高时效、高分辨率等优势，现已成为地理信息空间数据获取的常用技术手段之一，广泛应用于气象监测、灾害监测、资源调查、大地测量等诸多领域。

参考文献：

[1]高福山，胡吉伦，王黎.无人机低空摄影测量技术在风电工程中的应用[J].电力勘测设计，2012，（06）．

[2]王艳梅，郑永明，谷艳如等.利用无人机获取高分辨率影像在物探生产中的应用[J].物探装备，2013，（01）．

作者简介：

曾令沙（1985-），男，广西来宾，硕士，2011年毕业于解放军信息工程大学遥感科学与技术专业，研究方向：主要从事航空摄影测量技术的应用与研究工作