关于无人机航测系统外业像控的探讨

桂海鹏

摘 要：随着科学技术的进步，无人机航测近年来发展迅速。本文通过介绍无人机航测系统的构成与工作原理，对无人机航测外业控制与成图精度进行阐述，并对其实际应用情况和未来发展方向做出展望。

关键词：无人机 外业像控 成图精度

中图分类号： 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

近年来，随着科学技术在航天测绘领域的运用，固定翼轻型无人飞机技术和GPS自动驾驶技术的发展已经日益成熟，因而将无人飞机技术与测绘有机结合并运用在航空摄影的设想也变为了现实。在获取应急数据、小区域低空测绘方面，无人机航测有着独特的优势。本文通过介绍无人机航测系统的构成与原理，对无人机航测系统外业像控制与成图精度进行阐述，并列举了无人机航测系统在实际中的应用情况，对未来的相关研究方向做出展望。

1 无人机航测系统的构成与原理

1.1 无人机航测系统的构成

无人机，顾名思义，就是不载人飞机，它以无人驾驶器为基础，通过操纵无线电遥控设备和相关的程序控制装备来实现飞行。在无人机上装有用于拍摄的数码相机，借助特定的软件可以对航测所得的数据进行处理和分析。无人机航测系统一般由飞行操控系统和地面配套设备两大主要部分构成，它们各司其职、相互协作，共同完成无人机航测任务。其中，飞行操控系统中包含垂直陀螺、GPS接收天线、微处理器，地面配套设备则包含了数据接收终端和数据处理终端以及遥控设备。

1.2 无人机航测系统的原理

无人机航测系统在进行航拍时，飞机的各种角度如俯仰、翻滚等都由垂直陀螺来测量。将垂直陀螺与微处理技术有机结合后便可以在自由飞行时使飞机处于接近水平的状态。在无人机航测系统进行测量的过程中，因为机载通讯设备上装有摄像头，所以数据接收终端能够及时地接收由机载通信设备获取的影像信息和位置数据。这样一来，位于地面的操控中心就可以根据所获取的信息准确地监测飞机的飞行状况，掌握拍摄状况，若航向偏移或飞行姿态出现问题，也可及时地进行修正。最后，数字摄影测量工作站会根据具体情况对获取的影像资料做出适当的处理，以满足使用的需求。

2 无人机航测系统外业像控点布设与精度分析

2.1 无人机航测系统外业像控点布设

利用无人机航测系统进行航摄外业布点一般包含全野外布点和非全野外布点两种形式。利用前者所布设的像控点具有精度高的特点，但是测量工作量巨大，所以使用的比较少；使用后者布设则是通过测定少量控制点作为内业加密的基础，具有效率高的特点，能够极大地减轻外业工作量，是目前使用最多最普遍的布点方式。

在利用无人机进行航测时，像控点的布设对于后续精度的分析有十分重要的作用。若在布设外业像控点时，根据其稀疏程度有四种方案。第一种是在测区的四个角落各布设一个测控点，总共布设四个；第二种是将十二个测控点平均布设在三排，每排四个；第三种是将十六个测控点平均布设在四排，每排四个；最后一种是将二十八个测控点平均布设在七排，每排四个。那么通过测算检查点与加密点之间的精度就可以评价出一个测区平差结果。

2.2 无人机航测系统外业像控点精度分析

2.2.1 精度分析指标

对无人机航测系统外业像控点精度进行分析时一般会使用误差统计的方法，对各个测试模型中平差后控制点的检查点的精度进行统计和分析。在使用误差分析法时常有的指标有五个，分别为：平均数、标准差、中误差、粗差剔除和最大值。首先，平均值是对样本平均值的估算，其公式为： ；然后是标准差，标准差是估算出总体的标准偏差，以平均值为参照标准反应离散程度，标准差的公式为 。其次，中误差的计算是在同一观测条件下对一组真误差平方中数求平方根，求中误差公式 中，m的单位为米，是检查点的中误差值，n是需要评定精度的所有检查点的数量之和，△单位为米，是对检查点进行野外实测后所得数值与计算值的误差。再次，进行粗差剔除时一般以正态分布为标准，使用观测值的95%概率对误差做粗差剔除。最后，最大值的选取一般是建立在粗差剔除基础上的，将已经完成粗差剔除的控制点和检查点进行对比，数值大的将被视作最大值。

2.2.2 精度分析注意事项

在对无人机航测系统外业像控的精度进行分析时应注意要满足航测内业的精度要求。若无法达到航测内业精度的要求，可在对测区的自由网进行平差后，通过向外业加入控制点，其平面精度就可以达到1：2000，接近1：1000的航测内业精度要求。对平原地区和丘陵地貌，需使用高程野外实测，否则在控制点增加的情况下，平面精度和高程精度的改善都很微小，无法满足对平原和丘陵的高程精度要求。

3 无人机航测系统的应用

无人机航测系统成像分辨率高、成像清晰、操作简单，因此被广泛地应用在各個领域。无人机航测系统可以用来监测自然灾害。我国地形复杂，气候多变，各种类型的自然灾害频发，使用无人机航测系统能够对自然灾害做出及时地防范，对灾害造成的损失和伤亡人数等可以做出较准确的调查，同时对灾后评估和救援也起到辅助作用。测绘部门可使用无人机航测系统进行国土测绘，测制大比例尺土地利用图，对地形图进行实时修订，对相关数据进行查漏补缺等。国土资源部门还可以利用无人机航测系统将监测区域内的违规占用耕地、破坏生态环境等违法行为相关影像资料作为处理依据。我国在对面积狭小、地势偏远、分布零散的众多小城镇进行规划时所使用的常规航空摄像形式，会浪费大量不必要的人力和物力，同时还会受到复杂地形的限制，若使用无人机航测系统则可以极大地降低成本，提高效率，为制定规划图提供可靠、有效的数据。此外，无人机航测系统还能被应用在水利水电行业中。由于我国水利水电开发环境都十分险峻，人工测量的方式无法克服环境因素带来的困难，所以无人机航测便于为水利水电工程提供选址服务，也便于对施工的进度进行监测。使施工变得安全、可靠、有保障。例如，我国江苏省水利科学研究院首次引进了无人机监测系统，能够有效克服天气等不利因素，并弥补了传统卫星遥感周期长、时效性差、精确度较低的缺陷，水利测绘作业带来了极大的便利。

4 结语

无人机航测系统操作简单、灵活机动的特点使其得以迅速发展和广泛应用，帮助各行各业解决了很多实际问题，提高了工作效率。但是无人机航测系统在很多方面也有明显的不足。今后，应该注重在原有网络通信基础上增加中、低频无线电通信功能，以便消除通信死角；逐步取代GPRS，利用传输速度更高的系统向服务器传输数据；用主频更高的ARM芯片取代STC单片机，避免在数据包发送过程中将某些关键字节忽略掉；改良和设计出体积更小、更便于无人机携带的PCB电路板，减轻无人机荷载；使用组合导航代替目前被普遍使用的单点GPS定位系统，从而提高精度，缩小测量位置与实际位置的偏差；完善无人机航测线路规划算法，充分考虑各种因素，设计更加合理的航线。这些都是未来无人机航测系统改进的方向，只有不断完善，才能不断提高，才能更好地服务于社会。

参考文献

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