低空航测无人机测量误差探讨

张啟鑫

黑龙江省煤田地质物测队 哈尔滨 150046

摘 要：摄影类无人机是当前给测量工作提供精确测量数据和电子信息资料的主要工具之一。无人机设备和技术经过逐渐推广，已先早已熟练运用于大多数的商业化测绘工程、森林农业类灾害管控工程、物体观测、基本的测量、地理资料收集还有给3d电子模拟图像的绘制提供数据中。这篇文章中我将对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。

关键词:低空航测；无人机；测量误差

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、对于数据测量的精度高、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。本文将从无人机低空航测的误差入手，对无人机的测量基础概念、误差的主要来源进行探讨，从中进行概括总结，得到减少实际作业中无人机摄影误差具体方法。

1无人机摄影基本原理

在航空技术领域不断进步的趋势下，航空摄像无人机是他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图像的反转，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动测绘。相片的控制点是在进行航拍摄像之前，摄影师在地上提前布置好的醒目记录点，当然也可以将地面上某一个明显的物体作为控制点。然后使用测角交会、导线的测量距离、等外水平、远距离导线等普遍的测绘形式，对顾客要求的平面坐标和绝对量程进行测定；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，通常会使用空中呈三角的测绘形式，反推得出所需要的控制点，检测他的平面坐标和相关的地理形势。

2误差来源

2.1多动态因素造成的误差

无人机在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同时考虑，比如平面坐标、高度、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。现在我们将X当作水平方向的误差，则他的系数为:X=0.06A*0.01S,在这个式子中，A表示的是在进行航测过程中相片中的长度和实际距离的比例分母；0.06为设定好的系数。S代表的是进行航空拍摄的总时间。令Y表示为航空测绘的总的误差，那么他的计算公式为Y=X+0.04B，在这个式子当中，B表示的是相片的总的长度，0.04是一个固定了的干扰系数。这些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。

2.2定向误差

定向误差一般会包含定点坐标的读数误差、绝对误差和相对误差三种情况。点坐标的读数误差通常情况下会因为周围环境影响而出现，比如天气原因、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，风突然变大将无人机吹动，造成测量被干扰；也可能是无人机测量较为巨大的沟壑的时候，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。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者高度之间的误差。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，当然这样的情况是比较少见的。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者错漏等情况，导致误差程度增大。所以即使航拍摄影无人机对于航测的测绘精度要求较高，但是在进行测量的时候依旧不可避免出现误差。

2.3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及其不符合的。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。严格的检测评估就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，影响后续的检测行为。

3低空航测无人机测量误差的控制方法

3.1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，他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的限制，最后将每个趋于的数据进行汇总，这样可以最大程度的减小产生的误差。

3.2参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。

结束语

低空航空测绘无人机在进行测绘工作的时候，误差的出现是正常的且无法避免的，出现的原因有很多，只有通过不断地改进测绘技术、升级航测无人机，才能不断将误差减小。为了更好地减少无人机航测的误差，在后续的工作和研究中，专业人员可以考虑加入纠偏机制和反复测量等方法对结果进行验证，以实现误差的最小化。

参考文献:

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作者简介：张啟鑫，男，汉族，1987年10月26日。本科，地理信息系统，西北师范大学。