像控点布设尺度对无人机航测制图精度影响分析

摘要：无人机航空摄影是一种新型的低空遥感影像获取方式， 其中像控点布设是无人机正射影像制作的重要环节。以无人机航摄影像处理为例， 通过对像控点不同布设方法制作的数字正射影像进行探讨和精度分析， 总结出能够满足1∶1000和1∶2000数字正射影像图制作精度要求的像控点合理的布设方法。从而减少外业工作量， 提高无人机制作数字正射影像图的整体工作效率。

关键词：无人机航空摄影;像控点布设;精度分析;数字正射影像图

无人机航测作为一种新型的低空遥感影像获取技术， 是卫星遥感和航空摄影的有力补充。无人机具有机动灵活、经济高效、精细准确等特点， 能够快速获取小范围区域和航摄困难地区的高分辨率影像， 并生产出该区域的数字正射影像图， 在国民经济建设中发挥了重要的作用。

像控点布设是无人机正射影像制作的重要环节， 也是外业过程中成本投入比较大的一个部分。利用无人机航测技术装备， 获取试验区域1∶1000和1∶2000航片数据， 以1∶2000航片数据作为详细研究对象， 采用不同像控点布设方法制作出不同精度的正射影像成果。然后在1∶2000试验成果的基础上， 选取合适的布设方法对1∶1000数据进行试验。最终总结出制作1∶1000和1∶2000数字正射影像图 （DOM） 较合理的像控点布设方法， 从而提高利用无人机制作正射影像的整体工作效率。

1 试验区数据获取

1.1 试验区及设备情况

本文试验区位于江苏省徐州市丰县，根据地形条件，本测区内高差≤5 m， 属于平坦地区。所属项目面向城市三维场景建设，选取项目成图区域内约5.5 km2的范围作为试验区进行相关数据处理。本文航摄数据通过纵横CW-15垂起无人机平台搭载的睿铂DG4Pros全画幅五镜头倾斜相机进行采集，设备主要参数见表1—表2。

1.2 航摄技术设计及航线敷设

结合《低空数字航空摄影规范》的相关要求，本文项目设计成图影像地面分辨率优于0.03 m。考虑纵横无人机设备航高保持性在20 m左右的问题，设计相对航高为240 m， 对应成图影像地面分辨率为0.027 m， 在确保安全飞行的情况下，所有下视镜头均可获取满足分辨率要求的影像数据。

本次航线按东西向直线方法敷设，设计为东西方向的规则矩形，航向重叠度为80%，旁向重叠度为75%。为保证倾斜摄影侧面纹理采集的有效性，根据DG4Pros倾斜相机倾角参数，分别计算出航向覆盖需超出摄区边界线至少11条基线，旁向覆盖需超出摄区边界线至少8条航线。

1.3 像控点布设方案

为探索出满足成果精度要求的最优像控设计方案，本文试验区采用了4种像控点布设方案。每种方案均选刺在自然明显地物处（如选择交角良好的细小线状地物的交点、明显地物拐角点等），同时应是高程变化较小的地方，易于准确定位和量测。

方案1：区域网四角布设4个平高控制点，中间布设1个检查点。

方案2：区域网四角及中间布设5个平高控制点，其余均匀布设4个检查点。

2试验区像控点布设方法

外业按逐航带、逐航片布设了密集的像控点， 由于无人机载荷相机的像幅小， 航摄相片多， 重叠度大， 试验采用在区域网首端和末端垂直于航线方向且隔一条航线上分别布设一排平高点， 每条航线按照相邻平高控制点间隔基线数分别为2条、4条、6条、8条、10条、12条布设。即试验采用隔航带、隔基线6种像控点的布设方法。

针对无人机低空倾斜摄影测量成果的几何精度评价主要根据空三精度及模型成果精度进行综合评价分析。运用前述像控点布设方案对区域网进行约束，空三平差解算后，以未参与平差的点位作为检查点进行残差及中误差统计，对空三平差解算成果进行精度评定；在模型生产完成后，利用外业测量特征点数据对生产的实景三维模型成果进行检查和误差统计，进行模型成果精度评定。

3后期数据处理

3.1 数据预处理

（1） 影像畸变差改正

此次试验采用INPHO作为后处理软件。由于获取的影像数据边缘存在畸变， 所以首先根据相机检校参数对影像进行畸变差改正， 这是目前所有软件在进行后处理之前必须要做的。

（2） 工程建立及影像列表整理

利用畸变纠正过的影像在INPHO中建立金字塔影像， 然后根据相机参数文件建立工程， 软件会根据原始POS数据建立航带影像缩略图， 对影像进行航带排列， 人工判断航带建立是否正确， 不正确需要重新设置相机或影像的排列顺序， 直至航带排列正确。

3.2 空中三角测量

（1） 区域网平差及加密点选取

目前软件的自动化程度较高， 软件根据建立好的航带图， 像点残差的限值以及控制点的权值， 完成区域网平差， 人工干预相对较少。软件根据预先设置好的限差会将超限的匹配点删除。对于水域里面的点需要人工检查或删除， 并且注意航带间有无连接点， 这对后期正射影像航带间是否错位有很大影响。

（2） 像控点刺点及控制点平差

外业提供的所有像控点均参加加密量测， 并参与加密平差或检核。在立体环境下进行控制点刺点， 确保每个像控点正确、无误。

3.3正射影像制作

（1） 数字高程模型提取及编辑

利用满足精度要求的空三成果， 进入软件数字高程模型 （DEM） 提取模块。设置DEM提取格网间距， 完成DEM生成工作。只有准确的DEM才能保证正射影像图的纠正精度， 由于影像自动匹配的局限性， DEM编辑需要少量的人工干预， 以提高数字高程模型的精度。在编辑时多注意特征点、线、面的编辑， 注意城区居民地以及立交桥和桥梁的编辑。

（2） 正射影像纠正及影像的镶嵌拼接和匀光匀色

利用生成的DEM在正射影像纠正模块中生成单张正射影像， 在影像拼接模块， 加载单张正射影像进行正射影像拼接， 软件根据设置好的参数完成正射影像匀光匀色和拼接， 对影像错位的地方可以通过调整镶嵌线进行修复。

（3） DOM成果检查

首先， 对于不同布设方案生成的DOM成果均进行检查， 没有变形、扭曲的情况， 尤其是房屋、道路、桥梁。经过匀光匀色， 整个区域影像色彩过度自然、影像清晰、反差适中、层次分明、纹理信息丰富， 避免图像处理所留下的痕迹。其次， 利用外业检查点对不同布设方法生产的DOM成果进行精度检查。

4需要注意的问题

1） 保证质量较好的数据源。无人机在航摄时尽量保持较好的飞行姿态， 航摄时光线比较充足， 以便获取较好质量的原始航片。

2） 为了保证整个测区的精度控制， 飞行架次的首尾航带， 以及航带的首尾航片最好布设像控点。

3） 在不规则区域， 如整个测区相对突出的地方， 相应要增加布设像控点， 保证整个测区的构网精度。

结束语

利用无人机航拍成果制作DOM时， 不仅在航飞阶段要严格遵循飞行设计， 在像控点布设和后处理等环节中也都有着严格的要求。试验采用固定翼无人机飞行平台， 单GPS定位， 配备佳能5D MarkⅡ数码相机， 这些无人机配置在目前国内应用比较广泛。通过对无人机航摄像控点布设方法的探讨， 总结出制作1∶1000和1∶2000数字正射影像图较合理的像控点布设方法， 大大减少了外业工作量和生产成本， 有利于提高无人机制作数字正射影像的整体工作效率。

参考文献

[1] 毕凯，李英成，丁晓波，等.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].测绘通报，2015（3）：27-31.

[2] 于丙辰，陈刚，段淼然，等.无人机遥感在大型不可移动文物三维重建中的应用[J].测绘通报，2017（5）：43-46.