低空航测无人机测量误差探讨

2021-11-23胡昭勋

商品与质量 2021年13期

胡昭勋

山东遥感地理信息有限公司山东淄博 255000

目前，我国的主要无人机公司正朝着勘测和测量的方向不断深入发展，航拍和测绘结合的无人机凭借他的高效运转、成本低、数据测量的精度高、适应性好、作业时间较短的特点，在传统的测绘行业中占领一席之地。这篇文章中将对低空航测无人机进行深入分析和探索，将结果作为后续实际测绘中的重要依据。

1 无人机摄影基本原理

在航空技术领域不断进步下，航空摄像无人机是进一步衍生而得到的新型测绘方式，航拍无人机的摄像主要是通过测定单张图像的数据，运用透视成像实现的，而立体的测绘图像则是利用类似人眼的投影过程进行几何反转，最后达到记录的目的。航拍摄影的测绘主要分成内业和外业。外业一般是指相片的控制点联测。相片的控制点是在进行航拍之前，在地上提前布置好的醒目记录点，也可以将地面上某一个明显的物体作为控制点。然后对其平面坐标和绝对高程进行测定；而内业的测绘则包括了高机密性质的布置测绘控制点。将整个图像作为控制点的参照，通常使用空中三角的测绘形式，反推得出所需要的控制点，检测它的平面坐标和高程[1]。

2 低空航测无人机航测技术的特点

2.1 有效的提高工作效率

通过无人机航测技术，首先可以全面监测地形的真实情况，提高工作效率，以前测量一块地形须耗费大量的人力物力，使用无人机测量技术就可几个人进行简单的操作就可以完成，虽说后期图像处理比较麻烦，但是整体来说，无人机的航测把测绘技术带上一个新高度，至于面临的一些测量和后期处理的问题，就要无人机在硬件上进行改进，应该把无人机技术和全自动测量仪技术相结合，就能在航测上得到很好的进展。

2.2 监测结果更加直观化

传统测量仅通过不同的数据用图形表现出地形的各种形态，无人机航测就比较直观，不仅能得到各种地形数据，还能够用真实的图像表现出来，这样大大增强工作人员对地形的分析能力。但是，在分析测量信息的过程中，工作人员必须仔细比对，不可在不清晰的地方用自己的经验去判断，这样很容易造成分析错误，所以在航测的后期信息处理方面工作人员应该多加注意[2]。

3 低空航测无人机测量误差来源

3.1 多动态因素造成的误差

无人机进行低空的航空作业中，控制好精度的绝对值是无人机实现有效工作的一个基本要求，要使得无人机完成目标任务，还需要提前给无人机输入一定的有效参数。在这个过程当中，需要将多个与测量结果有关系的参数结合起来考虑，比如平面坐标、高程、相对比例系数、镜头焦距、相片的具体对焦等等。这些因素如果没有进行正确设定，则会使得实际定位出现误差，导致在对标准点进行校对时出现异常，干扰系数的固定性越差，那么所产生的误差就会越大，最后得到的航空测绘结果就会极大的偏离实际值。

3.2 定向误差

定向误差包含定点坐标的读数误差、绝对误差和相对误差三种。点坐标的读数误差通常会因为周围环境影响而出现，比如天气、测绘地址的地理环境等。除此以外，还会出现偶然性，比如在测绘过程中，风突然将无人机吹动，造成测量被干扰；也可能是地面起伏较大，摄像头不能将之完全录入，这样也会造成误差。而定点的坐标误差还是绝对误差和相对误差产生的基础[3]。相对误差意思依据不同的参照物和参考系时，同一个物体、同一个无人机所测出来的数据会出现一定的差距，可能是垂直误差也可能是水平方向上的误差。绝对误差指的是在固定的标准参照物下，目标的数据和标准的数据存在着远近或高度之间的误差。以上提到的误差都具有偶然性，会受到周围环境、天气、人为等外界因素的影响，也会受到定向误差的直接影响。然而在对所获得的数据进行处理和计算的时候，还可能因为记录的信息缺失或错漏等情况，导致误差增大。所以即使航拍摄影无人机对于航测的测绘精度要求较高，但是依旧不可避免出现误差。

3.3 摄像畸变误差

摄像头因为使用年限过长或者是外界强力的原因产生畸变，这也会导致测绘结果出现误差，但是这样的误差一般称为偶然误差。很少会出现因为镜头内的方位因素过少导致获取的资料和数据过少，而产生的误差，但是这样的误差一旦产生那往往是不可避免的。镜头收集到的信息中误差如果太多，就需要无人机系统立刻展开一定的数据分析和误差定位，对产生误差的部位进行控制改正。如果在进行航空测绘的过程中，因为相机参数的调整异样，而导致没有办法对数据进行及时矫正和重新获取，这样得到的结果通常是与实际情况不符合。通过进一步的分析研究可以发现，因为内在因素而导致的测量误差，与飞行前是否对无人机进行严格的检查和评估有着密切的关系。在进行飞前无人机检测的时候，专业的检验场所应该获取无人机关于多个定位点的数据，观察数据是否准确，以此来判断无人机的各项功能是否可以正常使用。严格的检测评估可以防止在进行实际的测绘过程中无人机获取的数据和信息有所缺失的情况，防止相机等功能出现意外情况，影响后续的测量。

4 低空航测无人机测量误差的控制方法

4.1 线性纠偏

线性纠偏的方法是一种较为常见的标准纠正方法，主要是使用单个或者是多个给定的线性要求对航测进行限制。经过不断的限制，就可以减少监测数据与实际值的偏差，减弱周围动态环境对无人机测绘的影响。其中主要的表达式子为Y=X+0.04B。利用上述表达式对无人机检测进行限制，首先针对所获得的相片的比例系数进行检测，然后将其与航拍总时间、照片的总长度相互联系结合，从三个方面建立起约束体系对其进行约束限制。还可以将所要测绘的区域分成多个部分，每完成一部分测绘后就进行公式限制，最后将每个趋于的数据进行汇总，可以最大程度的减小产生的误差。

4.2 参数采集和标准化运用

数据的采集分析和标准化使用，是针对技术和数据的改正和完善，它可以将所获取的数据和信息进行总结和重复利用，引用现代先进科学技术对测绘的物体进行模拟建模。比如说对某个十分险峻而复杂的地势进行勘测的时候，就需要无人机获取他的垂直数据和水平数据，然后在这两个数据的基础上进行数据分析，使用虚拟建模技术对物体进行建模，这样可以进一步的减小甚至消除误差。

4.3 附加激光测距

为提升测量精度，在利用无人机技术展开测量时也可附加激光测距。这类仪器在工作时向目标射出一束很细的激光，仪器光电元件接收目标反射的激光束。在这一射出、接收过程中，由定时器测定完成这一操作所花费的时间，根据时间数据准确计算出距离以及方位等信息。激光测距原理简单、可靠也便于操作，测量速度快且精度高，是一项十分科学可行的辅助测量技术。

4.4 科学布设控制点

控制点布设是否科学合理决定了测量结果是否准确。在应用无人机航测技术进行测量时，工作人员需重视控制点的布设，采用科学合理的计算方法与技术手段对控制点的位置、点与点之间的距离进行测量计算，缩短对控制网点的检测时间，增加对控制网点的检测频率，从而实现科学布点。在测量过程中，工作人员必须严密把握高程起算点精确性，合理确定控制点数目，一般情况下测量区域内控制点数量不能少于6个，且各控制点之间应距离均匀，从而提高拟合的准确性，提高测量的精度。

4.5 空中三角测量

空中三角测量航空摄影测量中最关键的步骤，它直接影响着测绘产品的精准度与可靠性。其主要运行原理为凭借少量像片控制点计算出像片外方位元素，进一步形成航摄像片和地面目标间的空间几何关系，在控制点的精确度、数量、布设方案与空三匹配算法都与空中三角测量的精度存在关联。因为低航空测无人机具有重量轻、体积小的特征，与大型飞机相比较通常存在姿态不稳定的情况，当前与差分GPS技术相结合实施GPS辅助空中三角测量，可以在获取航摄影像时同时获取精度较高的摄站点坐标信息，目前可以达到少像控甚至免像控，在确保精度的基础上，大幅减少外业工作量，提高工作效率，减少作业成本。