浅析机载POS系统固定翼无人机航摄系统应用

摘 要：近年来机载POS系统固定翼无人机发展迅速，在多个领域应用广泛，现介绍机载POS系统固定翼无人机航摄系统应用，进行航摄测量作业的基本技术流程与实践。

关键词：POS系统；无人机；摄影测量

引言

最近几年，工程建设日渐增多，地表形态变化频繁，对于工程设计、建设单位而言能快速获取作业地区地理空间数据显得尤为迫切。低空数字航空摄影是快速获取、更新地理空间数据的重要技术手段，对空间信息的获取与更新起着重要作用。随着机载POS系统固定翼无人机航摄系统迅猛发展，其在低空航摄测量方面表现出非常广阔的应用前景。

POS系统固定翼无人机航摄系统，成为低空航摄测量新平台被引入测绘行业，加上大像素数码相机的不断更新引入，使得工程设计、建设单位能够快速获取更加清晰的全彩色数字底图，数字地面模型。POS系统固定翼无人机航摄系统有成本低廉、操作方便、使用灵活等特点，已成为卫星遥感和有人机遥感的重要补充手段。本文主要论述POS系统固定翼无人机航摄系统的性能与特点以及利用其实施的低空航摄测量实践，通过实践论证了该系统的适用性。

1 机载POS系统概述

机载POS系统是基于全球定位系统（GPS）和惯性测量装置（IMU）的直接测定影像外方位元素的现代航空摄影导航系统，可用于在无地面控制或仅有少量地面控制点的情况下的航空遥感对地面进行数字正射影像、数字地面模型获取。

2 机载POS系统固定翼无人机系统组成

机载POS系统固定翼无人机航摄系统包括：空中摄影系统、地面控制系统、数据处理系统3个主要部分[1]。其中，空中摄影系统主要包括固定翼无人機、机载POS系统、数码相机；地面控制系统主要包括无人机地面控制系统、数据接收系统；数据处理系统主要包括航线设计、质量因素检查与控制和数据后处理软件。

本文论述的机载POS系统固定翼无人机航摄系统是基于固定翼飞行平台的现代化城镇空间数据采集系统，机重3.7kg，机长1.07m，翼展1.9m，无刷电机驱动，巡航速度60km/h，升限海拔6000m，续航1.5h，智能电池供电；采用模具化设计，携带方便。该系统具备定位、定姿、飞行速度和飞行高度精确控制与数据记录功能，采用了以导航为基础的自动驾驶仪，搭载的传感器是全画幅数字单反相机、配备姿态稳定平台、可快速获取真彩色数字影像。该系统的航摄质量所达到的控制指标如下：

（1）航向重叠度：55%-80%可调，最大可设置为80%，重叠度平均差： 4%。

（2）旁向重叠度：35%-65%可调，最大可设置为65%，重叠度平均差：4%。

（3）横滚、俯仰角：1.5°；旋偏角：3°。

（4）航摄高度稳定能力：5m。

（5）航线偏差：3m。

（6）1km航线弯曲度：0.5%。

3 航摄作业流程POS固定翼无人机航摄系统测量技术的基本工作流程

基本工作流程：资料准备，技术设计，外业控制测量，航空摄影，空中三角测量，创建立体模型，立体测量，正射影像微分纠正，地面模型编辑制做，矢量地图编辑制作，质量检查，成果提交。

4 试验及结论

试验区面积约4，地形平坦，有居民区、工厂、道路等地物。选择的相机为SONYDSC2型数字相机，像元为4.5um，地面分辨率0.04m，镜头焦距35mm，设计10条航线，每条航线43个曝光点，相对航高为600m。航摄区域如图1所示，航线分布如图2所示。

影像的自由空三加密采用的是无人机公司随机商业软件，通过空三软件进行智能控制点量测以及一键匹配和空三解算、直接输出数字正射影像（DOM）、数字表面模型（DSM）、数字线划图采用CASS数字成图软件。通过内业数据采集与编辑，其数字正射影像成果（DOM）如图3所示；数字地面模型成果（DSM）如图4所示；数字线划图（DLG）可在CASS软件中进行编辑制作。在镶嵌接边过程中无地物扭曲变形、线性地物错位等情况，在数字线划图上对野外实测点进行了精度检测，平面中误差为0.06m，高程中误差0.11m，满足GB/T23236-2009《数字摄影测量空中三角测量规范》规定的1/500空三精度[2]。

本次机载POS系统固定翼无人机航摄系统的航测实践结果完全满足小区域大比例地形图精度要求，同时也论证了本系统航摄测量作业的可行性。

机载POS系统固定翼无人机航摄系统总结，具有成本低廉、操作方便、使用灵活等特点，有抗6级风能力，适用于小区域数字正摄影像、数字地面模型的获取。

参考文献

[1]国家测绘局职业技能鉴定指导中心编.[M].北京：测绘出版社，2009.6.

[2]GB/T23236-2009，数字摄影测量空中三角测量规范[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2009.6.

[3]韩玲，李斌，顾俊凯，杨淑静.航空与航天摄影技术[M].武汉：武汉大学出版社，2008.11.

[4]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2012.7.

[5]潘正风，程效军，成枢，等.数字测图原理与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2013.11.

[6]乔瑞亭，孙和利，李欣.摄影与空中摄影学[M].武汉：武汉大学出版社，2008.3.

[7]杨瑞奇，孙健，张勇.基于无人机数字航摄系统的快速测绘[J].遥感信息，2010.（3）：108-111.

作者简介：张恒（1978-），男，辽宁锦州人，工程师，本科，主要从事测绘工程工作。