（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 内蒙古呼和浩特市 010020）
摘要：本文主要运用外业实测数据检测不同航高的数字线划图(DigitalLinearGraph，DLG)、数字正射影像图(DigitalOrthoMap，DOM)产品的精度，针对航空摄影测量高程定位精度偏低的固有特性，提出了一种基于区域线性拟合的航测高程精度改善措施。
关键词：无人机；低空摄影；测量；成图；精度
1无人机低空数字摄影测量技术简述
无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)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：
1.1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。
1.2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。
1.3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。
2无人机低空数字摄影测量成图分析
2.1试验数据获取
采用无人机飞行平台LTBT－测绘鹰搭载佳能EOS5DMarkII数码相机，获取了三个试验区的低空数码影像，其航摄参数见表1。测区Ⅰ：6条航带76张影像，测区Ⅱ:4条航带40张影像，测区Ⅲ:4条航带32张影像。三个试验测区的航带分布情况见图1中阴影部分。三个测区地形平坦，地面标高在25～30m左右。
由于采用的是非量测数码相机，所以需对相机进行检校。相机检校参数如下:主点坐标(x0，y0)为(2826.6061，1873.4626)、焦距f=5548.4891(单位均为像素);相机畸变参数为:径向畸变系数k1、k2分别为2.96×10-9、1.21×10-16;偏心畸变系数p1、p2分别为3.01×10-9、5.27×10-8;CCD非正方形比例系数α及非正交性畸变系数β分别为-1.43×10-4和-6.28×10-5。
2.2像控点联测
三个测区像控点的布设方案:首先，保证每张像片都有像控点;其次，三个测区航向方向均按照平面控制航向间隔基线数不大于7条基线布设一对平高控制点，为提高高程精度，基线之间增测高程控制点;旁向方向按照2条基线进行布设;第三，布设的像控点能有效控制成图范围，选刺在像片航向及旁向重叠六片(五片)范围内，并且相邻各片都清晰。依据上述像控点布设原则，在测区Ⅰ、测区Ⅱ和测区Ⅲ分别布设了30个、18个和17个像控点，三个测区的像控点分布如图2所示。
像片控制点测量采用GPSRTK(1+N)测量模式。以测区Ⅰ为例，共收集9个基础控制点(其中6个作为校核点，3个作为检查点)，检查点精度见表2。综合三个测区的检查点精度，本次像控点X、Y、Z三个方向上的测量精度约为±12cm。
2.3内业数据处理
无人机低空影像数据的内业处理过程采用DPGrid全数字摄影测量工作站完成，如图3所示，数据预处理部分的主要任务是根据相机参数完成影像的畸变改正及根据POS数据对测区影像进行编排;解析空三是数据处理的重要环节，在影像自动匹配的基础上，尚需对匹配误差大和甚至匹配错误的点进行人工干预，如此反复，直到满足预定的误差阈值;然后进行像控点转刺，获得全区各影像的外方位元素和加密点坐标。空三结束后，经由密集匹配步骤，可获得测区的DEM和DOM，并可借助VirtuoZo立体测图平台完成DLG的制作。
3精度分析
3.1DLG实际精度
采用GPSRTK方法实测三个测区地形图平面检查点和高程检查点的坐标。平面检查点主要是房角、道路拐角、花坛、草坪拐角等明显点，高程检查点主要是路面明显标记、道路交叉口等，以此量测的检查点坐标作为检查点的真实坐标评定地形图和DOM的实际精度。利用外业实测的明显地物点和地面标志点等作为平面检查点和高程检查点，在VirtuoZo立体数据采集系统下进行观测，求得二者较差并以较差的中误差作为平面和高程精度的评判标准。以GB/T15967－2008《1:500、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》中的相关规定分析各测区所能达到的最高成图比例尺，分析结果一并列于图4。
3.2高程精度改善措施
为了提高测区高程精度，采用多项式模型来模拟高程改正值，利用野外实测的高程检查点坐标与立体模型下量测的高程观测值之间的不符值，通过最小二乘拟合，使高程检查点处拟合曲线上的改正值与实际相差最小。
设野外实测的高程检查点坐标为Z，立体平台下量测的高程检查点坐标为Z'，当两者不符时，则不符值为ΔZ=Z－Z'，以ΔZ为高程坐标改正值，其二次多项式为:
将待定参数再代入式中，根据立体量测的高程检查点坐标Z'，就可以计算出该点的高程坐标改正值ΔZ，从而得到改正后的高程坐标值。对改正后的地形点高程值与野外实测高程值进行比较，再评定高程精度所能达到的精度指标。
以测区Ⅰ为例:野外实测了65个高程检查点，在测区内均匀选取17个精度较高的高程检查点作为拟合点来解求高程改正模型多项式参数，剩余48个点用于检查高程改正前与改正后的精度。各测区区域高程拟合前后的检查点精度统计见图5。从中可以看出，区域高程拟合后，高程精度改善较为明显。
3.3DOM实际精度
利用外业实测的平面检查点，并在DOM上量测对应的检查点坐标值，求得其较差的中误差来评定DOM精度。以CH/T9008.3－2010《基础地理信息数字成果1:500、1:1000、1:2000数字正射影像图》中的相关规定为依据进行成图精度分析，图6为各测区DOM。
4结论
上述航摄条件下的试验结果，可得出如下结论:
(1)摄影航高对成图精度的影响显著。从上述可以看出，无人机低空摄影测量对于1:2000的DLG平面精度较易达到，在其他航摄参数不变的条件下，采用670～1050m的摄影航高均可达到1:2000的DLG平面精度要求。
(2)同传统航空摄影测量一样，无人机低空摄影测量的高程精度仍无法满足大比例尺的测图要求，本文提出的区域线性拟合的方法在较大程度上改善了高程精度，但仍无法满足各级大比例尺的高程精度要求。
(3)同DLG相比，在不考虑地形起伏及地物投影变形的影响下，DOM的精度能较好的满足各级大比例尺的成图精度要求。
参考文献
[1]林宗坚．UAV低空航测技术研究[J]．测绘科学，2011，36(1):5－9．
[2]孙朝阳，郑彦春，徐秀云．无人机航空摄影测量技术在风能开发勘测方面的应用[J]．电力勘测设计，2011，5:24－29．
[3]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，2013，23(1):19－25．
作者简介
王晓志,1979.12,男,汉,籍贯：河南南阳,专科,摄影测量。
孙义君,1984.10.20,男,大学本科,达斡尔族,籍贯：内蒙古扎兰屯市,单位：内蒙古电力勘测设计院有限责任公司。
论文作者:王晓志,孙义君
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/6
标签：高程论文; 检查点论文; 无人机论文; 精度论文; 低空论文; 测量论文; 遥感论文; 《电力设备》2017年第2期论文;