天狼星免像控航摄系统与Inpho系统在无人机遥感数据后处理中的对比

王小龙，陈文新，敖庄哲，雷尚彬

(中交(天津)生态环保设计研究院有限公司，天津 300456)

随着测绘技术和仪器设备的快速发展，小型无人机航摄系统在远程遥控、续航时间、飞行品质上有了明显的突破，近几年在地形测量方面具有广泛的应用前景[1]。作为传统航空摄影测量的一种重要补充方式，无人机遥感日益成为获取空间数据的重要手段[2]。然而，一般的无人机航摄测量需要野外采集大量的像控点进行辅助，而外业布设控制点受天气环境的影响较大，人员成本较高，解算过程需要内业刺点，对作业人员的经验具有很高的要求，还没有完全摆脱常规外业地形测量的约束。

本文航飞外业采用拓普康天狼星无人机免像控航空测图系统——Sirius Pro，该系统高度集成，一体化程度高度融合，主要由系统硬件设备、影像处理系统、信息分析系统、业务运行保障系统等组成[3]。系统主要有两大优点：①实现免像控测量。通过高精度GNSS RTK技术和精密定时技术来确定每个曝光点的精确位置，等同于在空中自动布设超过1000个像控点，从而免去地面像控点的布设，节省了大量的时间和成本[4]。②高度自动流程化处理。利用天狼星航摄系统Agisoft Photoscan Pro可以实现免像控影像的一键式拼接处理，快速得到高精度的DOM、DEM等测绘产品。

本文选择松花江大坝为研究区，以Inpho数字摄影测量系统和天狼星航摄免像控系统为数据处理平台，对比了2个系统生产DOM的处理流程及关键技术，并验证了2个系统影像处理精度，分析免像控天狼星无人机遥感数据处理及生产中的优势，为地形测量提供新的解决方案。

1 航飞测试

1.1 研究区域概况

本试验选择在吉林松原哈达山大坝进行，采用天狼星无人机对研究区进行免像控测量。研究测区宽0.40 km，长2.90 km，测区面积1.16 km2。测区内有大坝、房屋、公园、水域、道路、草地等人工设施。飞行时选择风力不大于4级，晴朗的天气。飞行区域地势平坦，没有高大的建筑物，易于起飞和降落。

1.2 像控点和检测点的布设

本文为了对天狼星航摄系统航拍数据进行后处理和检测测图精度，需要在测区布设像控点和检测点，其中布设的像控点主要用于Inpho摄影测量系统的后处理过程中。

航摄作业前，在测区范围内均匀布设了25个边长为50 cm的十字靶标像控点，25个边长为50 cm的十字靶标平面检测点，20个边长为50 cm的十字靶标高程检查点。并用GPS RTK测量每个检测点的固定解，测量精度在2 cm以内。

1.3 航线规划和飞行参数介绍

本次试验设置航摄比例尺为1∶500，飞行高度为169 m，航向重叠度为85%，旁向重叠度为75%，总共布设6条航线覆盖整个测区。

本次试验中天狼星无人机总共飞行1个架次，飞行时间约24 min，获取影像494张，具体的飞行参数见表1。

表1 天狼星飞行参数

1.4 无人机影像检查及GPS精度介绍

在外业无人机影像数据获取后，需要对无人机影像数据进行初步查验和筛选，影像的重叠度需要重点检查，若重叠度较小、有漏洞则需要及时补飞或重飞[5]。本次试验获取的影像大部分重叠度在70%以上，满足影像后处理的要求。

航测数据后处理过程中需要输入基站点坐标和天线垂高，确定照片和POS信息相互匹配，从而为空三解算及平差处理做好准备，处理结果及误差精度小于0.01 m，统计所有摄站点GPS的中误差见表2。

表2 摄站点GPS中误差 m

2 天狼星和Inpho数据后处理系统

MAVinci、AgisoftPhotoscanPro为天狼星航摄免像控系统的主要组成部分，Inpho为欧洲市场上空中三角测量和正射处理占有份额最大的软件[6]。以天狼星航测系统获得研究区的航测数据作为数据源，分别用天狼星和Inpho数据后处理系统对航测数据进行处理，以期对比两个后处理系统的优势及成果的精度。

2.1 天狼星数据后处理系统介绍

天狼星免像控航摄系统是一套智能航空测图工具，主要包括地面站软件MAVinciDesktop和影像后处理软件PhotoScan。MAVinciDesktop兼容市场上常见的多种影像处理软件，并且进行了深度整合，可以将所有外业数据一键式导入到PhotoScan中并进行智能后处理，整个流程不需要任何人工交互编辑操作，最终生成DOM、DEM、点云、三维瓦片模型等航测成果并能取得很高的精度[7]。

2.2 天狼星后处理流程

(1) 原始数据准备：主要包括原始照片、POS信息、基站点坐标、天线垂高。

(2) 数据预处理：主要包括照片和POS信息相互匹配，设置投影坐标系统、中央子午线、投影方法，输入基站点坐标和天线垂高，将匹配数据导出到PhotoScan软件中。

(3)PhotoScan中MAVinci插件一键式处理：选择生成产品的种类、格式，运行数据处理即可[8]。一键式处理主要包括对齐照片、建立密集点云、建立网格、建立瓦片模型、生成DEM、生成正射影像。影像分架次依次处理，最终产品种类主要有DOM、DEM、密集点云、瓦片模型。

(4) 利用GlobalMapper对DOM进行拼接和分幅。

2.3 Inpho数据后处理系统介绍

Inpho摄影测量系统是欧洲最著名的航空摄影测量与遥感处理软件之一，是德国Inpho公司的核心产品，可以全面系统地处理航测遥感、激光、雷达等数据，其空中三角测量软件和正射处理软件在欧洲占有的市场份额最大[9]。Inpho摄影测量系统由9个模块组成：ApplicationsMaster基础平台、Match-AT自动空中三角测量、inBlock测区平差、Match-TDSM自动提取地形地表模块、DTMasterDTM/LIDAR编辑软件、OrthoMaster正射纠正、OrthoVista镶嵌拼接、SCOP++高效管理DTM、SummitEvolution摄影测绘立体处理工作站[10]。

2.4 Inpho数据处理流程

(1) 原始数据准备：主要包括原始像片(同天狼星)、POS数据(同天狼星)、相机检校参数(同天狼星)、25个控制点数据。

(2) 空中三角测量：首先在ApplicationsMaster中新建工程，依次定义相机、导入POS信息、添加照片、导入控制点和设置航带；其次使用Match-AT进行连接点自动提取和区域网平差；然后进行像控点和检查点量测；最后光束法区域网整体平差和争议点编辑，完成空中三角测量。

(3)DEM生成：利用Match-TDSM工具生成DEM，在DTMaster中完成DEM的预处理编辑操作，最终达到精度要求。

(4) 在OrthoMaster中结合生成的DEM进行单张像片正射纠正，在OrthoVista中利用纠正后的像片智能镶嵌出整个测区的初始DOM，检查、编辑DOM及其镶嵌线，自动分幅后即可完成DOM制作。

3 天狼星和Inpho数据后处理对比

3.1 数据处理流程的对比

天狼星航测系统是免像控航空摄影测量系统，前期减少了野外布设大量像控点的工作。其将MAVinci和PhotoScan软件整合到一起，MAVinci地面站数据可以直接导出到PhotoScan中。在PhotoScan中数据后处理，采用定制的MAVinci插件提供一键式数据处理平台，在整个过程中只需设置少量参数，不需要太多的人机交互操作。

Inpho系统为传统加像控航空摄影测量系统，前期需要在野外布设大量像控点。在ApplicationMaster平台中创建工程需要定义相机、添加照片、导入POS/控制点、设置航带等一些复杂的操作。而且Inpho系统中各个模块都是独立的，没有很好地整合到一起，处理数据比较繁琐。Inpho系统需要人工刺点，对控制点的布设也有特别的要求，需要大量的人为干预，大大降低了数据后处理的效率和精度。

通过以上两个系统的对比可以看出，天狼星航测系统较传统的Inpho加像控航空摄影测量系统不管是在前期像控点的布设上，还是在数据的后处理中都体现出了很强的优势。天狼星航测系统不但节省了布设像控点的大量时间和成本，而且优化了数据后处理作业流程，减少了刺点和平差过程中的人为误差，可以实现免像控影像的一键式拼接处理，大大提高了数据后处理的效率和精度。

3.2 DOM、DEM精度对比

本文在ArcGIS平台中分别对天狼星航摄系统和Inpho系统制作的DOM、DEM进行叠加，检查正射影像和DEM是否吻合。同时，利用相同的平面和高程检查点分别对两个系统制作的DOM、DEM成图精度进行检查，其中天狼星航摄系统DOM、DEM中误差分别为0.043 1、0.084 3m，Inpho系统DOM、DEM中误差分别为0.052 6、0.158 6m。从数据中分析，两者都满足1∶500航空摄影测量对平面和高程中误差的限差要求，但是天狼星数据处理过程中不需刺点等，减少了人为误差，其处理后的数据精度要优于Inpho系统的常规数据处理精度。结果见表3—表5。

表3 天狼星航摄系统和Inpho检查点平面误差 m

续表3 m

表4 天狼星系统和Inpho系统高程检查点误差m

表5 天狼星航测系统和Inpho系统DOM、DEM中误差对比m

4 结 论

本文以吉林松原哈达山大坝为测试区，以1∶500大坝区天狼星无人机遥感影像为数据源，从数据的获取、数据后处理流程及操作性、DOM和DEM成图精度出发，探讨了免像控天狼星航摄系统和Inpho平台常规航测数据处理系统的优缺点，得出以下主要结论：

(1) Inpho航摄系统需要野外采集大量像控点进行辅助，空三解算需要内业刺点，还没有完全摆脱常规外业地形测量的约束。而天狼星航摄系统是免像控的摄影测量系统，野外只需测量基站点坐标，不需要另外布设像控点，而且优化了数据后处理作业的流程，减少了刺点和平差过程中的人为误差，可以实现免像控影像的一键式拼接处理，大大提高了数据后处理的效率和精度。

(2) 利用相同的平面和高程检查点分别对天狼星航摄系统和Inpho航摄数据处理系统制作的DOM、DEM成图精度进行检查，由于天狼星数据处理过程中不需刺点等，减少了人为误差的影响，其处理后的数据精度要优于Inpho系统的常规数据处理精度，而且两者都满足1∶500航空摄影测量对平面和高程中误差的限差要求。