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摘要：在当前无人机航空摄影工程实践中，平面精度一般都满足测量规范要求，但高程精度一大比例尺成图中有时难以满足规范要求，如何在现有条件下提高无人机航摄高程精度成为一个重要课题。本文结合近年作业项目分析无人机航摄中影响高程精度各种因素，并提出相应改进措施以满足测图要求。
关键词：无人机；测图；高程精度
一、航摄采集影响
1.1航摄参数
飞行参数主要包括飞行高度、重叠度两项。其中飞行高度直接影响测区分辨率；而重叠度决定了航带间、航向间航片的连接质量。为确保测区不出现漏洞，保证足够重叠便于匹配计算，需经济合理地设计好重叠度。无人机航空摄影像幅小，基高比小，完全套搬有人机航摄参数得出成果无法满足规范要求。
在飞行执行前必须进行航摄飞行设计，需确认测区最低及最高点，得出测区大部分地区的海拔高度分布，以此计算基面高程，基面高程的计算方法是将分区个别突出最高点与最低点舍去不计外使分区内高点平均高程与低点平均高程面积各占一半的平均高程平面，以此作为航高基本参考高度，也可以以重点关注地区为基面高程。根据分辨率要求、航摄镜头焦距及像元大小算出相对航高，最终得出绝对航高。参数设计质量决定了整个航摄质量，在此要注意以下几点：
1 保证低点分辨率和高点重叠度，需针对测区进行具体计算，高点重叠度不满足要求将出现航摄漏洞。
2 测区高差过大需进行分区分层飞行，从而提高高程精度，一般要求分区内的地形高差一般不大于1/6相对航高。
3植被茂密或沙漠化测区，特征点少，匹配困难，需加大航向及旁向飞行重叠度。
4 为保证测区各点分辨率满足航摄要求，尽可能提高飞行分辨率，分辨率越高高程精度越高，一般高程精度为分辨率尺寸的1-2倍。单反相机如佳能5D系列、尼康D800、SONY a7等：重叠度旁向>50%，航向> 75%；
多旋翼搭载的小型数码相机：航向旁向都在80%以上；
尽量高分辨率飞行，整个测区分辨率要以优于航摄要求的分辨率飞行，留有一定宽裕度，10厘米分辨率按8cm飞，20cm分辨率按照16cm飞。
1.2架构航线
无人机航摄设计航线时，在传统蛇形航线的基础上，至少在测区首尾分别加飞一条垂直于作业航线的航线，或加飞的若干条与测图航线近似垂直的航线，称为架构航线。架构航线可以增加航片间连接的稳定度，提高匹配精度从而提高高程精度，亦可减少像片控制点的布设。
1.3天气因素
天气因素主要是光线和风的影响，前者影响航片成像质量包括锐度清晰度等。成像质量越好，像点匹配越好，成图平面及高程精度越高，如在光照度不够的早晚或阴雨天飞行将降低成图精度。
风影响飞机的飞行姿态，风太大将导致飞行姿态抖动过大，横滚及俯仰角过大，最终航片倾角及旋偏角过大，导致影像匹配困难，成图精度下降。
应对措施：在光照度够条件下飞行，尽量在10：00-15：00安排作业，早晚及阴雨天不飞。风力超过三级是不飞。
二、像控点影响
像控是将航摄成果转至目标坐标系的参考基准，也是绝对定向的基准，其质量的好坏直接影响航摄高程精度。
2.1像控点数量及分布
像控点点应均匀分布在测区，中心区域要有像控点，在区域的边缘不宜布设像控。
多旋翼飞机对于平原和丘陵等高差不大的地形单架次一般需5个以上像控点[2]，正常一个架次航摄测区5到10点，可多布设几个像控作为检查点。对于陡峭，地形变化很大的山地地形，需加布更多像控点提高控制精度。
小型数码相机像控布设：平均300米布设一个相控点，测区内均匀分布，带状地形两侧成对布设，区域接边及水域边缘加布。
2.2像控选点、制作及测量
自制地面像控点标志可采用手喷漆喷绘或布置像控标志方式制作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆像控点可采取十字形式，三角形对角锐角三角形等易识别的标志形式。对于植被茂密等山丘丘陵地区，因无明显地物特征，可采用白色编织袋做成锐角三角形布设，并以锐角尖作为像控点，为提高识别度可两个直角三角形对角布设，以中间对角顶点 为像控点。像控位置通常选在平整的地表，不宜选在高差变化大的地方作为像控点。
为提高高程精度，一般应先制点再飞行。制点根据飞行分辨率设计制点大小，10cm分辨率要求十字不低于10cm宽80cm长；三角标长边大于80cm；20cm分辨率十字不低于15cm宽，100cm长；三角标长边大于100cm。如上可以更好地保证点位质量。优先采用更多的制点点位，少用固点，有条件最好全部采用制点。
2.3 内业刺点
内业刺点质量，内业刺点在不同的软件下采用不同的刺点方法，传统航摄软件一般需佩戴3D眼镜进行三维刺点。近年来国际上的热门航摄软件采用在二维平面上直接刺点。两种方法比较对于平整清晰的点位精度相差不多，对于先飞行后刺点的项目来说，固点像控较多，在刺点时一些拐角有坎的像控采用三维刺点的高程精度要更高些。
2.4 分区接边、大面积水域及河流像控处理
在各个分区重叠区域需加布像控点，提高接边高程精度。
因水域无法匹配同名点，在水域及河流边缘需加布像控点，减少其对高程精度的影响。对于带状的河道，按两岸分区分别飞或者分别分区处理能降低河流水域对高程精度的影响。
2.5 ppk后差分处理技术
后差分处理可减少传统像控布设数量50-90%。现在也有厂家也推出免像控作业设备，宣称其pos精度可达到测量要求，该类产品精度尚需进一步验证。我们进一步工作是将在油动固定翼飞机测试验证后差分技术在减少像控数量方面的效果。
三、算法影响
3.1 空三加密算法
当前主流的空三加密算法一般都采用光束法，在重叠度满足的条件下，算法导致精度差异不大。
3.2 相机成像方式 卷帘式全景式
单反相机一般为单次全部取景，其所见基本即所得，相机时移及取景影响较小。其对进行像控测量的项目来说影响很小。但像移误差在ppk免像控技术处理时是POS误差的主要来源，做好该项的误差改正可大幅度提高POS精度。
小型数码相机其取景为扫描式取景，相机拍照时移影响较大，获得的影像不一定为所拍时点地物。Pix4d软件采用卷帘式相机匹配算法可大幅度提高匹配精度，提高精度在一倍以上，详见4.3节精度比较。
3.3 畸变改正影响
因无人机航摄作业采用的相机均为消费级数码产品，非针对航摄的摄影采集设备，需对其进行畸变改正，否则将产生较大的成图误差。
对于单反相机作业时需保证相机检校周期，每年要进行一次检校，相机收到剧烈震动或磕碰后要及时进行检校。对于小型无人机数码相机可利用后处理软件生成的改成参数进行作业。
四、项目实例
某航摄项目完成某镇及周边1：2000地形测量。航片重叠度 80%，航高 200-220米，分辨率 9 cm，像控检查点 每400米布设一点，航片数量 27578张，航摄面积 91平方公里。
像控高程精度统计：
分区2共144个像控点，点位高程均方根误差0.234米。分区5像控点精度统计，共88个点略去部分数据，点位高程均方根误差0.086米。其中2区没有采用数码相机卷帘式相机优化算法，5区采用了优化算法，像控精度提高一倍以上。
五、结论
我们在无人机航摄作业时，按以下流程进行即可达到规范要求的高程精度要求：
1 详细了解测区情况，认真做好航线规划，设计好航高重叠度。
2 按规划密度要求布测好像控点。
3 在良好的天气条件下进行航摄采集。
4 进行内业处理，做好航片预处理，仔细反复进行像控刺点优化直至合格，最后生成测绘4D产品。
参考文献：
［1］ 张剑清，潘励，王树根．摄影测量学［M］．武汉：武汉大学出版社，2009．
［2］ 毕凯，李英成，丁晓波，等．轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势［J］ ．测绘通报，2015（3）：27-31．
［3］ 张春森，朱师欢，臧玉府，等．顾及曝光延迟的无人机GPS 辅助光束法平差方法［J］．测绘学报，2017，46（5）：565-572．
［4］ 朱铮涛，黎绍发．镜头畸变及其校正技术［J］．光学技术，2005，31（1）：136-138．
论文作者:孙雨,郑建雷,钟传熙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签：高程论文; 精度论文; 无人机论文; 作业论文; 分辨率论文; 航线论文; 分区论文; 《防护工程》2018年第35期论文;