差分GPS在无人机航测遥感及摄影测量中的应用研究

唐少杰

TANG Shao-jie

（贵州省地矿局测绘院）

(Institute of Surveying and Mapping, Guizhou Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources)

差分GPS在无人机航测遥感及摄影测量中的应用研究

唐少杰

TANG Shao-jie

（贵州省地矿局测绘院）

(Institute of Surveying and Mapping, Guizhou Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources)

无人机的出现，使得航空摄影测量出现了新的发展机遇。文章就如何建立高效的无人机航测遥感系统，使其高效的应用到航空摄影测量中进行了描述，为相关研究工作人员提供参考。

无人机；差分GPS；应用

1 引言

无人机航空遥感系统的出现，给空间信息采集创造了巨大便利，一方面降低了大量的劳动力，另一方面也极大地提高了信息收集的准确性。相对发达国家，我国无人机航空遥感系统的出现相对较晚，但是具有很大的发展前景。为了更有效的提高空间信息采集效率和质量，构建一种高效的无人机航测遥感系统就成为了首要目标，相关研究工作人员需要给予高度重视。

2 无人机航测遥感系统概述

无人机航测遥感系统是一种较为先进的空间信息采集系统，该系统主要由四部分构成，即IMU、GPS接收机、机载相机以及激光扫描仪，通过以上设备的结合，实现对地理位置的测量和数据采集，从而达到航空摄影测量的实质性目的。无人机航测遥感系统的出现，使得航空测量事业取得了巨大的进展。相对比传统的航空摄影测量系统，该系统具有以下几方面优势：第一，高效快速。由于无人机的特殊性，使得该系统具备了高效便利的优势，可以快速进行空间地理信息的有效采集和整理；第二，精度较高。该系统结合了先进的信息技术，可以在无人驾驶的情况下进行复杂区域的测量，并且测量精度较高，所以被广泛应用到航空测量领域。

3 无人机差分GPS航测遥感系统

在传统的航空测量中，由于GPS技术的缺陷，导致测量效果较差。而随着GPS技术的不断发展，它可以有效的应用到空三中，使得航空摄影测量成为了可能，这主要是差分GPS的具体应用，其原理是：差分GPS可以快速有效的获取航空摄影中心的位置，同时将其作为带权观测值与区域网平差，从而达到降低地面控制点数量的最终目的。由此可见，差分GPS在无人机航测遥感及摄影测量中具有很好的应用前景，相关研究工作人员应当给予高度关注。一种基于无人机差分GPS的航测遥感系统，主要由以下几部分构成，即无人机、差分GPS、IMU、双拼相机、激光扫描仪以及数据处理软件等。

3.1 无人机

本系统中涉及到的无人机采用的是成都纵横无人机公司生产的CW-20无人机，详细如图1所示。

图1 CW-20无人机

3.2 双拼相机系统

对于无人机航测遥感系统而言，相机传感器是最为重要的一项设备，它对于航测摄影测量的效果起到决定性作用。近年来，无人机航测遥感系统中普遍使用的相机是CCD相机，由于该类相机在价格方面较为便宜，所以广泛应用到无人机航空测量中。但是由于该类相机的光学性能较差、摄影范围小，加之无法消除抖动现象，使得在一些复杂的大比例尺测量工作中，出现测量效果较差的情况。为了消除CCD相机在航测中的缺陷，本次无人机航测遥感系统中设计了一种双拼光学相机系统，具体如图2所示。相对比CCD相机，该相机系统可以消除航测中抖动的现象，同时它还可以在测量后期对测量影像进行拼接，从而获得大幅面的合成图像，这对于大比例尺航测摄影测量而言十分便利和高效。

图2 双拼光学相机

3.3 POS系统

除双拼相机系统外，POS系统也是无人机航测遥感系统的重要构成设备，主要由IMU和GPS两部分组成。由于IMU和GPS通过卡尔曼滤波获得姿态信息和高精度坐标，可以大程度缩减图像的空三处理过程，降低户外作业量，提升测量效率。目前，IMU和GPS构成的POS体系是航测系统必须具备的重要设备，对于配备激光扫描仪的航拍测量设备来说尤其重要，如果没有IMU和GPS构成的POS系统，激光扫描将是一种摆设。

3.4 激光扫描仪

无人机差分GPS的航测遥感系统除了以上几个重要设备外，还有激光扫描仪设备，它的作用是快速有效的捕获目标的空间参数，得到相关三维点云，为后期的数据处理奠定基础。激光扫描仪作为近年来新兴的一种高端设备，由于其具有快速、准确、高效的特点，所以在无人机航测遥感及摄影测量中得到了较为广泛的应用，并得到了业内人士的高度认可。

3.5 数据处理软件系统

无人机航测遥感系统的数据处理系统包括以下几部分内容，即系列图像排序、多相机图像拼接技术、数字图像融合、1MU/GPS数据的卡尔曼滤波、激光点云绝对定向与融合、多相机合成图像的空三处理等。该系统突破了传统航测在航拍比例尺度、重叠度、亮度变化、仿射角等问题的严格限制，按照严谨的数学模型可以处理目前所有面阵航摄胶片相机、组合宽角相机、数字相机的图像[1]。

4 差分GPS在无人机航测遥感及摄影测量中的应用研究

为了检验上述无人机航测遥感系统的整体性能，选取某大学9km2的实验区进行了实验观察，精度范围为cm级，在实验区内选择了6条航线，拍摄24张图像。拍摄比例约为1:6000，地面分辨率约为7.5cm，航向重叠度约为60%。由控制点残差计算出的空三后的中误差为：X方向6.6cm，Y方向4.3cm，Z方向11.8cm；最大残差：X方向10.2cm，Y方向6.7cm，Z方向27.3cm。

通过实验结果显示，高程和平面全实现了预先的1：2000成像精度要求。通过绝对定向后，不但能够达到预先精度要求，而且也能够达到高程精度。但由于本次测量范围较小，系统的性能不能完全得到验证，还需要大量的实验数据分析，以实现对本系统的进一步完善。

5 结束语

综上所述，无人机航测遥感系统的出现，给航空摄影测量工作提供了巨大的便利。论文主要介绍了一种差分GPS无人机航测遥感系统，首先对系统结构进行了分析，并且通过实例对系统的性能进行测试。测试结果显示，该系统具有很好的测量效果，而且测量精度较高、作业成本低、应用范围广，所以可以广泛应用于大比例尺航空摄影测量工作中。

[1]周道琴,庄香玉.基于无人机差分GPS航测遥感研究[J].科技创新与应用,2014(19):4-5.

Application of Differential GPS in Aerial Photogrammetry, Remote Sensing and Photogrammetry of Unmanned Aerial Vehicle

UAV, the aerial photogrammetry appeared the new development opportunities. The paper describes how to establish efficient system of UAV aerial remote sensing, the efficient application to aerial photogrammetry, and provides reference to the research staff.

UAV; differential GPS; application