低空无人机航测数据精度影响因素分析

低空无人机航测数据精度影响因素分析

郭鹏

芜湖市标正勘测有限公司 安徽 芜湖 241000

摘要：近年来，低空无人机航测已广泛应用于大比例尺地形测绘、精细国土资源调查、地质灾害应急处理、实景三维建模等领域，并取得良好效果。利用低空无人机作为飞行平台的航空摄影测量技术应用日趋广泛，但飞行器姿态不稳定、航摄像幅较小、镜头畸变检校精度难保证、外方位元素解算精度较低等原因造成低空无人机航测精度不稳定，后期像控测量、内业加密工作量较大，从而制约了低空无人机航测的应用发展空间。本文就低空无人机航测数据精度影响因素展开探讨。

关键词：低空无人机；航测；精度；影响因素

引言

传统的航空摄影测量，受空域申请、航摄周期等影响，在快速响应和小区域的精准测绘中无法满足快速更新的需求。低空无人机航测具有机动灵活、高效快速、作业成本低、生产周期短等优点，迅速成为了传统航测的有力补充。无人机航测在广泛应用时，数据精度是必须考虑的指标。无人机航测数据精度受到许多因素的影响，系统总结分析这些影响因素，有助于提高无人机航测精度，更好地促进无人机的应用。

1无人机摄影基本原理

无人机是由航空摄影测量进一步发展而衍生的新的测绘技术，航空摄影测量单张像片测图的基本原理是透视成像，立体测图的基本原理是人眼投影过程的几何反转。航空摄影测量的作业分外业和内业。外业包括像片控制点联测。像片控制点一般是航摄前在地面上布设的标志点，也可选用像片上明显地物点，用测角交会、测距导线、等外水准、高程导线等普通测量方法测定其平面坐标和高程;内业包括加密测图控制点。以像片控制点为基础，一般用空中三角测量方法，推求测图需要的控制点，检查其平面坐标和高程，测制地形原图。

2无人机航测数据生产流程

无人机航测的数据的生产流程为：对航测地区的各项信息数据进行收集。针对航测地区的地质情况，地理结构，地形结构等进行评估，并综合分析周边是不是存在特殊建筑结构，之后结合分析结果以及无人机飞行条件来判断无人机航测设备是不是能够飞行。如果所有条件都满足飞行的需要，那么可以利用专业的软件针对飞行线路进行合理的设计，并判断飞行的高度、重叠度等各项重要参数，结合各方面信息数据来制定飞行计划，如果条件允许可以提前进行现场勘查。针对像孔点进行准确的判断和安设，结合航测地区的地质情况，也可以在完成飞行任务之后试试像孔点信息的收集。将设计好的飞行方案传输到飞行控制系统之中，这样才能针对各个重点环节进行影像POS(Po-sitionOrientationSystem，简称POS)数据信息的收集。地面检测系统能够将无人机的飞行情况进行记录，为地面监测人员提供准确的信息。在飞行结束之后，将收集到的航测数据进行下载。最后运用专门的数据处理软件来进行航测数据的分析汇总。

3人机航测数据精度影响因素

3.1低空无人机平台硬件性能因素

目前，常用的低空无人机根据气动布局差异性可分为固定翼、旋翼、复合翼等，根据动力类型可分为油动、电动和油电混合。各类型低空无人机在续航能力、起降要求、灵活性、安全性等方面各有优缺点。其中，旋翼型低空无人机的巡航速率一般在6m/s～15m/s之间，固定翼和复合翼型低空无人机巡航速率普遍在20m/s～30m/s左右。续航时间则取决于低空无人机的动力类型，电机通常不超过2h，油机可达4h以上。由于航速、曝光时间与航摄像片的像点位移成正比关系，直接影响像片的清晰度，而曝光时间又取决于相机的快门速度，所以低空无人机的航速和相机的快门速度是影响航摄质量的主要因素，而续航时间、负载能力及稳定性能等直接影响低空无人机航测的作业效率。

3.2相机的影响

相机本身的像素大小会影响图像的质量，像素大，图像清晰，像素小，图像模糊，因此航飞时，要考虑相机本身的像素大小来进行航高设计。相机对焦和曝光时间也会影响图像质量，因此航飞前要进行相机的对焦，飞行高度为300m时，就找300m远处的地物进行对焦。曝光时间的选取和能见度有关，光线条件不好时，应该尽量增加曝光时间。数码相机本身存在畸变，会影响图像精度，航测时必须要进行相机检校，获取相机的内方位元素和各项畸变参数。目前，大多数情况是采用无人机数据后处理软件进行相机的自检校。

3.3航飞时间的影响

无人机飞行的时间的选择，要综合环境情况，天气变化，太阳高度等等。要尽可能的选择最佳的飞行季节，最大限度的规避因为地表覆盖结构对拍摄效果造成的负面影响，并且还需要保证光照的充足，通常都是以航测区域的太阳高度和角度来加以判断的。如果整个地区内高层建筑十分集中，或者是存在高度差较为明显的陡峭山区的时候，往往都会选择在下午两点进行飞行。

3.3内业数据处理的影响

内业数据处理的影响主要为空三加密和立体量测误差。由于人眼识别的限制，像控点识别与判断时均会与外业实际位置产生一定的误差，空三加密时会有位置误差，立体量测时也会有切测误差等。理想状态下，立体量测时地物的采集精度为:明显建筑物边线误差一般在1～2个像素;一般建筑物边线2～3个像素;普通地物3～4个像素;地貌线、地类界线等4～5个像素，如果有遮盖和阴影时误差还要加大。

3.4飞行高度的影响

飞行高度影响着实际地面分辨率的大小，航高和地面分辨率的计算公式如式(1)，通过这一公式可以看出，飞行高度阅读，地面的分辨率参数就会越小，那么拍摄的图像的清晰度就会越高。

3.5测区地形的影响

从式(1)可知，当绝对飞行高度一定时，在地形起伏地区，海拔高的区域相对航高小，地面分辨率数值小，单张图片覆盖面积小，图片重叠度变小。当测区高差达到一定数值时，图片重叠度不够，就会出现航摄漏洞。因此，在航线规划时，必须考虑测区地形的起伏，选取合适的航高。如果测区高差太大，则需要进行航摄分区。如果有漏洞，则要及时进行漏洞补摄。

3.6空中三角测量

空中三角测量是航空摄影测量数据处理的基本方法，它对于测绘产品的精度以及可靠性有着重要的影响。其原理是根据少量像片控制点计算出像片外方位元素，从而建立航摄像片与地面目标之间的空间几何关系。像控点的精度、数量、布设方案，以及空三匹配算法对空中三角测量的精度都有直接影响。低空无人机由于质量轻、体积小，相对于大飞机普遍存在姿态不稳定的问题，目前随着GPS技术的发展，已广泛结合差分GPS技术进行GPS辅助空中三角测量，由于无人机影像获取时能采集平面精度较高的摄站点坐标信息，现在已能够实现少像控甚至免像控，在保证精度的情况下，大幅减少外业工作量，提高工作效率，降低作业成本。

3.7相对定向误差、绝对定向误差

由影像判断造成的误差，是偶然误差，但其影响是系统性的。减小相对定向误差的方法:首先选点的影像要明显;其次要位置均匀、分布合理。因控制点及影像造成的误差，既有系统误差也有偶然误差。由于软件平差方法以及以上各项误差造成的误差，也是偶然误差，只能通过增加控制点的数量来减小误差。

结束语

在我国科学技术快速发展的带动下，使得国内无人机航测技术得到了显著的进步，利用集成高精度的RTK、IMU系统以及改进数据处理算法，能够有效的提升航测的质量和效率，详细在未来无控点测图技术会被大范围的加以运用，从而有效的缩减外业工作量，提升数据的精准性。

参考文献

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