无人机航测影像精度提升方法探索

钟传熙

(中水珠江规划勘测设计有限公司,广东 广州 510000)

0 引言

现如今,无人机航测技术在建筑工程、农田水利以及土地规划测绘中都得到了广泛应用。无人机航测以其轻便、智能等优势在一些地形复杂且测绘难度大的区域中可以快速获取到分辨率较高的影像,但在测绘地图或者地上物影像时,其精度往往受到多方面因素影响存在些许不足。下文将结合实际工程案例,对提升无人机航测精度的方法展开介绍,并从测量精度方面与传统测绘技术进行比对,进而总结出无人机航测的精准性和测绘产品的可靠性。

1 无人机航测系统简述

无人机载体、影像获取装置、飞行控制系统、图片传输系统、数据信息传输系统、地面数据图像接收装置、数字影像测绘工作站以及地面控制装置一同组成了无人机航测系统[1]。在数据采集时,影像曝光的一瞬间,飞行控制系统会即时采集主点的位置、姿态以及影像参数等信息,并将所采集到的信息进行记录,通过图片及数据传输系统向地面接收装置进行传输。在完成飞行任务后,飞行控制系统会结合影像数据对所接收到的数据进行检查,若数据不符合要求,则需进行补飞或者重飞。

2 无人机航测影像精度提升办法

2.1 提升数据采集精准度

系统所拍摄的原始照片质量是影响无人机航测精度的因素之一。因此,为获取高精度的影像资料,在航测影像信息数据采集时,需调整校验好相机参数并选择晴朗天气进行航飞[2]。

2.2 控制投影误差

地图是将地面景物进行正射投影测绘而来。无人机航测是以地面景物的中心投影展开构像。如果地面和相片都能够保证标准意义上的水平,那么上述两种投影效果是相同的。但是由于地球表面起伏不平会导致像点发生位移,此外无人机在飞行过程中的波动也会导致航测影像发生倾斜。因此,在航测过程中尽量选择晴朗且无风的环境来飞行,控制飞行速度。对精度要求高时,风速应低于8 m/s,保证飞行稳定性,进而保证航测影像的精度[3]。为了尽量避免投影参考面变化所产生的投影误差,若高差大于四分之一相对航高,则应分区设计航线。

2.3 优化像控布设

空中三角测量是以像控点坐标为基准,借助于后方交会原理对相片的内方位元素和外方位元素进行计算,结合内方位元素、外方位元素以及像点坐标,利用前方交会原理计算地面坐标。为了提升航测精度,在平坦区域应当均匀布设像控点,对于高差较大地区应当提高像控点布设密度,使坐标值和实际值更加接近,进而提升像点地面坐标精度。

2.4 相片重叠设置

为提高航测影像精度,技术人员应尽量减少航测相片数量,提升航测效率。此时,可适当提升航飞高度,减少旁向重叠,以影像分辨率要求为标准确定航飞高度。为保证航测精度质量,飞行前应做好检查,飞行后还应进行数据覆盖检查。为了提升影像匹配效率,在数据处理前先将质量差的相片剔除掉。将目标清晰的相片作为空三刺点,尽量避开单幅影像的边缘,保证所选航片质量,提高相片匹配正确率[4]。

2.5 提升相机参数与POS数据权重

传统的影像测量解析空中三角测量时,主要以像控为依据,进而计算出像主点的内方位元素和外方位元素。随着相机技术的不断发展,在相机出厂时期畸变参数就已经确定,由此可见,像主点的内方位元素和外方位元素均可以为固定值。以大疆M600搭载赛尔5镜头为例,外方元素可借助于M600无人机飞控平台的POS数据或外搭的中海达飞控平台的POS数据来生成EO文件。作为航测过程中像主点空间位置的固定解文件,EO文件具备实时性,在提升坐标解算精度的同时,能够提高空中三角测量计算效率[5]。

3 无人机航测在测量领域的应用

3.1 低空测量作业

为避免在航测过程中周边环境因素对航测精度产生影响,在测绘时首先应保证设备性能,避免在测绘复杂地形遇到环境差、云层低等问题时,不会因设备因素影响测绘质量。例如:借助于无人机航测技术可以有效解决低空测量难的问题。无人机航测技术的安全性较强,能够避免外界环境干扰,在航测过程中,通过操作人员的控制和定位追踪,能够将动态信息展现出来,保证基础测绘工作的有序开展[6]。在无人机航测时,应结合实际测绘情况,确保航向重叠度和旁向重叠度设置合理性,将航高和地面分辨率控制在合理范围内,从而不断优化影像质量,缩短航测时间,提升航测效率。同时,在开展复杂地形的航测时,还应结合实际地形情况,合理设置像控点,强化软件设置,开展快捷且高效的测量作业。

3.2 土地测量

无人机航测技术还可以应用在土地测量以及土地资源管理中,全面了解土地资源现状。在一些地形复杂且险峻的区域,通过传统的测绘技术,很难实现全面测绘且测绘质量差。而应用无人机航测后,借助于高质量的测绘影像,能够实现土地资源合理开发利用。在农村土地确权时,利用无人机航测技术能够准确采集每家每户的土地面积,对田间道路、沟渠等进行测绘,保证测量分辨率和精准度,为土地权属划分奠定数据基础[7]。另外,相关部门还应当重视数据信息的运用,精确地绘制出地块图板,降低土地资源测量误差,提升测量结果精准度。在土地确权工作结束之后,根据确权结果完善土地资源数据库,为土地承包、经营以及确权工作提供数据信息支持。

3.3 农田节水灌溉工程中的应用

3.3.1 工程概况

在某市农田节水灌溉工程施工前,需要了解施工范围内的地形图,以此为依据开展施工设计。由此,借助于无人机航测技术对该节水灌溉工程绘制出1∶1 000比例尺的地形图。由于该水利工程项目区块较多,且分布并不集中,面积大小不标准,航测区域为农田,存在飞地,因此测绘难度较大。所以,为了保证测绘影像精度,在地形起伏变化较大的位置增设了高程加密点,在内业处理时,可将影像旋片角度过大的照片删除。

3.3.2 传统测绘与无人机航测对比分析

通过对传统测绘和无人机航测在投入人力、测量面积、内业耗时、外业耗时等方面进行对比可以看出。相比之下,应用无人机航测外业工作效率得以翻倍提升,传统测绘成果为地形图,而无人机航测的作品不仅包括地形图还包括DOM和DEM,二者可以反映出测绘区域的地形地貌,使工作人员能够更加全面、真实地了解测绘区域实际情况,为农田水利工程设计提供立体式数据参考[8]。

3.3.3 无人机航测精度分析

在无人机航测结束后,结合《测绘产品质量评定标准》,利用现场实测的方式对无人机航测所生成的地形图精度展开检验。由于航测区域地势平坦,根据规范标准要求,平面加密点误差应在图上0.4 mm以内,高程误差按照等高距的1/3计算,为0.17 m,限差为加密点两倍中误差。根据设计检测结果可知,针对A区域中118个平面点中有6个超限,22个高程中有1个超限;B区域72个平面点中有1个超限,68个高程中有2个超限,超限点数量在总检查点的比例均在5%的允许误差范围内。在将粗差剔除后,A区域的平面中误差为±15 cm,高程中误差为±8 cm;B区域平面中误差为±12 cm,高程中误差为±8 cm,从误差角度分析均低于所规定的标准误差。

3.3.4 可靠性分析

在农田灌溉工程中,运用无人机航测技术,可以借助影像裁切和镶嵌对DOM进行分块处理,并将分块处理后的DOM和DEM数据展开栅格数据的矢量化处理。经过实测对比,通过无人机航测技术所生成的作品精度完全符合1∶1 000比例尺地形图测绘要求,其测绘结构中的地形地貌与实地情况一致。与传统测绘方式相比,其所获取的细节点更多,在测绘效率上有着很大提升,同时还获取了航测区域的DOM与DEM,因此对于农田水利工程后期的规划设计有着重要参考价值。

4 结语

综上所述,借助于无人机的灵活性、高效性、精准性等优势,将无人机与测量测绘相结合,所形成的无人机航测技术逐渐成为大比例航测所应用的主要技术。与传统测绘技术的高成本、低效率、对作业人员要求高等特点相比,无人机航测能够实现数字化成图、全方面采集,既能够保证测绘质量又能够提升效率,优势明显。此外,还应加大提升无人机航测精度的研究力度,使其向着更加智能化方向发展。