无像控无人机航测技术及应用

胡著翱 陈凡 李红艳

【摘要】目前MAVinci Sirius Pro无人飞机配备Agisoft Photoscan后处理软件，可实现无像控航测和真正摄影像图的生成，解决了航空摄影测量领域一直以来存在的两大技术难题。经实际应用案例验证，该技术方案精度可靠、简单高效。

【关键词】无人机；航空摄影测量；无像控；真正摄

无人机航测技术是近年来航空摄影测量及遥感技术发展的主要方向，特别是对大比例尺测图来说，其低成本高效率和易用性，使得无人机航测近年来发展迅速。无像控航空摄影测量和真正摄影像图生成一直以来处于理论研究阶段，目前技术上已经成熟并已投入生产应用。例如德国产的MAVinci Sirius Pro无人飞机配备俄罗斯产的Agisoft Photoscan后处理软件，即可实现无像控、高精度航空摄影测量和真正摄影像图（DOM）生成等功能。作者通过实际应用，验证了该套技术方案的精度，并分析了其技术要点。

1、方案介绍

（1）MAVinci Sirius Pro UAV。MAVinci公司是专门从事无人机系统（UAV）技术研究的公司，位于德国莱门。主要针对建筑工地、管道、矿山和采石场等自动成图技术的研究。目前其产品主要有MAVinci Sirius UAV（天狼星无人机），分Classic、Basic和Pro三个版本。其最大的特点是可精确获取拍摄瞬间像片的姿态数据，从而具备了无像控航测的能力，可极大节省项目成本，尤其在那些难以从地面进入的项目区域，传统方法根本无法实现高精度测图。

MAVinci Sirius Pro UAV无人机是通过精确的时间控制技术和高精度GNSS RTK技术来确定每个曝光点的空间位置坐标，从而完全替代像控点的作用，具备高精度航测能力。

（2）Agisoft Photoscan软件。Agisoft Photoscan是俄罗斯Agisoft公司开发的3D建模软件。它采用最先进的多视图三维重建技术，由数字影像全自动生成高精细3D模型；支持GPU高性能计算，利用分布式网络计算系统，对超大空间范围生成分层级的三维模型，使得浏览和使用数据变得容易和简单；利用其自动生成的密集点云数据和照片纹理，可生成真正摄影像图，使高精度测量和成图成为可能；根据相机影像匹配理论自动计算相机的畸变參数，从而进一步提高三维建模的效率和精度。

2、应用案例分析

该方案在实际生产中，已经应用于大比例尺测图项目。本文选择某测区进行应用验证，并进行精度分析。方案的操作流程如下：

图1 无人机航测流程图

测区使用MAVinci Sirius Pro无人机系统通过航拍采集像片313张，地面分辨率0.045米，飞行面积0.95平方千米，飞行时间20分钟。采用Agisoft Photoscan对采集的像片和高精度空中姿态数据进行全自动处理，最终生成测区密集点云数据、真正摄影像图（DOM）和DEM数据。

外业使用全站仪采集21个明显地物点坐标，主要位于水泥道路的拐角或者路边人工花坛的拐角。在内业处理生成的真正摄影像图DOM数据和密集点云数据上，解析出外业实测点对应位置的三维坐标，从而进行精度比对分析。在外业采集的21个点中，1、12号点在影像上不太明显无法准确解析其坐标，故舍去。其余点位的精度统计情况如下：

表1： 误差统计分析表

从统计结果看，有4个点的高程精度出现粗差情况，原因为实测的点在花池的顶部，而影像解析点位在花池底部，所以高程有粗差存在。在高程精度统计中，将这四个点高程剔除。最后计算出平面距离中误差为0.045米，高程中误差为0.054米。符合大比例测图的精度要求。

3、结论

该套技术方案，解决了航空摄影测量行业一直以来难以逾越的无像控航测成图和真正摄影像图生成的技术难题。MAVinci Sirius Pro无人机结合了精确的时间控制技术和拓普康100赫兹亚厘米级的RTK实时差分技术，获得了像片拍摄瞬间高精度的POS数据，从而解决了无像控航空摄影测量的问题。Agisoft Photoscan软件，采用最先进的多视图三维模型重建技术和GPU高性能计算技术，可全自动生成测区密集点云和真正摄影像成果。这套技术方案是基于单架次飞行范围在2-5平方千米范围内，且航测像片航向重叠率大于85%的条件下实现的。对于更大范围的航测，RTK差分的精度会降低，像片数量会增加，对后处理软件和计算机硬件的处理能力要求更高，该技术方案的成果精度和实用性会降低。随着技术的不断进步，更多新的三维建模技术和更高性能计算机必将出现，该技术方案存在的问题会得到进一步的解决。

参考文献：

[1] 黎彬. 无像控低空无人直升飞行数字摄影测量系统探讨与展望[J]. 测绘技术装备，2013（03）.

[2] 赵生良，陈丰田. Agisoft Photoscan在无人机航空摄影影像数据处理中的应用[J]. 价值工程，2013（20）.

[3] 郭复胜，高伟，胡占义. 无人机图像全自动生成大比例尺真正射影像方法[J]. 中国科学：信息科学，2013（11）.

作者简介：胡著翱，男，生于1981年。毕业于中华石油大学（华东），硕士。现工作于黄河水文勘察测绘局，主要从事航空摄影测量与遥感、地理信息系统的理论研究与在水利行业的应用。