影响无人机航测高程精度分析

莫海波 牛彦举

【摘要】无人机的航摄系统已经普遍运用在各个领域中，可是大部分情形下，拍照精度无法满足需求。而拍摄精度不仅受到硬件系统的影响，还会受到像片倾角与位置等相关要素的影响。现阶段，高重叠度和多基线的无人机航测技术快速发展，有效提升了高程精度，可以充分满足比例相对比较大的测图需求。本文主要对无人机航测高程精度有关影响要素进行了分析与研究。

【关键词】无人机航测；高程精度；空三连接点

无人机航测的高重叠度，而且多基线航测的测量能夠自动有效匹配连接点，和以往的航测相比较而言，操作更加便捷，可以实现信息数据的自动化处理，同时可以迅速制作地面模型，目前在公路和国土等相关领域中运用比较普遍。在讨论摄影测量的高程精度过程中，比较重视基线比的绝对高度素质，然后衡量高程精度，然而在实践操作过程中，严重影响摄影测量的高程精度并非只是基高比。在研究影响无人机航测的高程精度要素基础上，利用有关方法提升高程精度。

一、航测规范精度要求

在过去航测的规范中，针对比例尺相对较大的测图并不允许进行空三加密，应该在全野外进行摄像控点的设置。而在航影仪与空三加密软件快速发展下，并且通过长期的工程项目实践经验大量积累，针对比例尺相对较大的测图完成空第三加密，能够充分满足规范所要求的精度，因此在航测规范中才可以允许放宽。可是在航测的规范中明确表明，针对1：500和1：1000及1：2000的比例尺相对较大的测图，若是内业的加密点高程精度依然无法满足规范需求，就应该选择不全野外的布点。由此可见，高程精度已经成为航测工作的难点。可是全野外布点会造成野外工作量加大。

二、无人机航测高程精度影响要素

（一）像片倾角

针对像片倾角比较大造成的立体模型超限现象。通过对某核电规划区域等方面，进行1：1000无人机的航空摄影测量，同时利用多种像片倾角的立体模型，收集航测高程精度并且实时统计。由于测区是丘陵地形，而设计的航高是500m，选择的相机焦距是45.8mm，同时地面的现实分辨率是8cm。相关统计信息数据如表1。

表1 各种倾角立体模型的高程测量精度相关误差统计

表1中的统计数据主要是应用PATB，选择光束方法平差之后，并且在数字摄影的相关测量工作站有效恢复立体模型过后，收集的高程点和野外实测的相应高程点实现对比分析和统计得到的误差。经过对表1中的信息数据完成分析与研究，首先，航测内的业测量高程中存在的误差会在像片倾角不断加大下而变大；其次，若是像片倾角并未超出3°，此时的高程精度就能够充分满足规范要求的精度。

（二）航摄相机

从数码相机角度来讲，像点坐标量测能够实现1/3至1/2个像素，本文假设1/T=1/2，而 GSD=0.13m，对现阶段航摄市场中相对普遍的航摄相机进行分析与统计，依据上述公式，有效推导出理论下高程精度，如图1所示。

图1 航摄相机理论高程精度对比

经过对图1分析，相同的GSD，选择不同航摄相机，最后获取的理论高程精度就会存在一定差异，甚至有些相差相对比较大。在航测规范中针对各种比例尺的地形图，明确规定了相应的航摄GSD参数区域，而为了能够满足规范要求对应的高程精度，不仅要充分考虑基高比。但是在实践航测过程中还应该综合分析相机像素和航高以及影响幅面具体宽度等。依据多年来的航测工作实践经验，针对平原地区的测图，GSD要确保在0.13之下，同时选取宽幅相机或是视场角相对比较大的相机，从而在一定程度上加大B/H比。相对较大的B/H值，表明立体模型处于垂直方向中的上跨较大，便于提升模型立体的切准精度。

（三）无人机航摄误差

因为受到无人机载重以及体积的影响，难以有效搭载常规航摄仪完成测绘航空摄影，现阶段应用的为中幅面CCD当作传感器的感光单元，并且对电路进行修改，完成加固。另外，因为感光单元中出现非正方形因子与非正交性及畸变差，其中畸变差会造成测量高程精度难以满足需求。

三、改进方法

（一）加强无人机的性能

有效提升无人机系统自身性能，加强对外界干扰要素的抵抗能力，有效减小像片倾角，并且在一定程度上提升飞行阶段的飞行安全性与稳定性，定期针对无人机系统和航摄系统实现检修与维护，从而降低由于检修不及时导致仪器出现误差。除此之外，在安装航摄系统过程中，必须严格依据有关技术指导书完成，把相机CCD阵面短边和航行方向相垂直，从而在一定程度上有效提升高程精度。

（二）高程二次定向方法

在无人机进行航空摄影彩绘过程中，一定要出现一些模型像片的倾角超限问题，即各个测量区域一定会存在一些数量立体模型航测内业信息数据高程精度误差的超限问题。对此，在无人机航测过程中，对于像片倾角相关超限模型，可以利用下述技术方法进行处理，从而提升立体模型相应高程量测精度。实践过程中，运用空三得到外方位元素有效恢复立体模型过后，而在进行像片倾角相对比较大的立体模型绝对定向时，虽然绝对定向误差残差比较小，可是全野外测量高程指点难以精确恢复至被量测地物表面。经过分析与研究，其主要是因为像片倾角超限，导致运用PATB光束法平差反算过后，此中类型像片外方位的元素中三个角元素难以准确引起的。运用高程控制的全野外布设方式，针对像片倾角的超限立体像，可以利用下述方法。①运用空中三角测量实现加密平差，反算出野外的高程控制点相应平面坐标。②要在数字摄影测量的工作中有效恢复立体模型。③对于加密时的模型连接点要进行删除，然后保留全野外测量相关像片控制点。④保留野外测量所有像片控制点，其中包含了平高控制点以及高程控制点，对于立体状态环境下，需要重新有效观测野外的所有控制点高程。⑤重新进行绝对定向，计算出倾角超限像片中的六个外方位元素。⑥采集核线，立体采集。上述方法被称之为高程二次定向，也就是重新创建立体模型，完成信息数据的采集，同时把此超限立体模型相应高程误差有效控制在1/3等高距之内，从而有效提升高程测量精度。

结束语

近些年来，社会经济快速发展，科学技术的不断进步，对于无人机航测高程精度提出了严格要求。通过对无人机航测高程精度影响要素进行分析，总结出相关影响要素主要有像片倾角，拍摄相机无人机航拍误差等多个方面。而为了能够提升无人机航测高程精度，不仅要加强无人机的性能，还要充分利用高程二次定向等方法，在最大程度上提高无人机的航测高程精度。

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