西安无人机航测无人机倾斜摄影测量精度评估

西安无人机航测航空摄影测量技术性迅速发展并与其他课程持续深度融合，运用无人机开展航空摄影测量越来越越来越便捷[1]。无人机具有较高的及时性、高像素和降低成本3大市场优势，在普通对地观测和测绘工程应急服务中发挥了重要的作用，如重大工程建设、艰难险阻艰难山区地带测绘工程，及其地震灾害、山体滑坡、山体滑坡、洪涝灾害、森林大火等自然灾害的高效应急处置等[2-3]。无人机航测做为运用二维对地观测影象获取三维地面空间数据的主要方式方法，其关键在于快速而清晰地修复影象获得时候的空间方位。一直以来，这一目标是借助很多有效分布路面控制点，根据空中三角测量间接性达到的[4]。伴随着空间定位技术性(L波段RTK、PPK)[5-6]、传感技术(中小型非隧道检测数码照相机、五摄像镜头歪斜航摄仪)[7]、电子信息技术(机器视觉、运动恢复构造、多方位立体式观察)[8-9]等的高速发展，航空摄影测量正在向不用路面控制点的方向迈进[4]。无人机倾斜摄影测量作为一种新兴的方法与技术已经在三维建模和测绘工程生产过程中彰显了巨大的潜力，但是国内倾斜摄影测量技术性目前仍处于高速发展的推广阶段[10]，其成效精度极度依赖于航测生产制造全过程内各航测参数选择，对其成效精度指标值还需进一步研究。而产生的无人机航空摄影测量产品品质评定是一项比较复杂的每日任务，因其在规划建设—工程测量执行—内业资料校正全过程中涉及多个自变量(如外界气温、阳光照射等自然条件；无人机飞出速度、姿势；传感器尺寸、镜头焦距；L波段定位终端；航行航高、航带设计方案；控制点数量以及布设；内业资料校正主要参数选择等)，均将危害最后的成效品质[11-12]。并没有任何一项实验可以涵盖所有必须的层面，所以对无人机航空摄影测量新产品的正确评估强制要求尽可能多的考虑到航空摄影全过程中所有因素，这也使得无人机航测的核心精度难以实现定性分析的效果。

由于无人机倾斜摄影测量的核心精度指标值比较难完成定性分析，文中选用数据分析的形式，采用传统低空飞行航测方式为参照，在严格统一外界数据收集标准、主要参数的前提下对无人机倾斜摄影测量开展精度评估与剖析。实验共涉及现阶段热门的12种航测模式及52种像控点布设总数计划方案，探寻无人机倾斜摄影测量的突出市场优势,以期为倾斜摄影测量精度评定提供一定的依据。

1 严苛比照环境下实验方案策划

1.1 试点区概述

实验区域是四川省甘孜州泸定县磨西岩柱所处磨西镇，位于贡嘎山苏东坡，海螺沟冰川国家森林公园入口。试点区海拔高度大约为1585~1635 m，平均坡度为7.5%，所在地貌呈东南方—大西北岩柱地貌遍布，测区东南方至大西北海拔高度不断升高但总体倾斜度轻缓匀称，有利于使航测基高比分布在正常范围。除此之外，沿航测地区竖向分布有3条主干路，有利于路面控制点匀称布设及精准测量。试点区概述如下图 1所显示。

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图 1 实验地区概述

1.2 无人机航测实验方案策划

此次无人机航测产品采用领域常用的DJI M600 Pro六旋翼飞机无人机为航空服务平台，配备Rainpoo DG3五摄像镜头歪斜航摄仪。因歪斜照相机侧视图照相的原因，为了保证正射影像与倾斜影像地面均值屏幕分辨率保持一致，歪斜相机焦距的设置需稍高于正射照相机，航摄仪各镜头参数如表 1。

表 1 航摄仪有关技术指标

在航测设计环节一定要考虑无人机的各种精确测量主要参数。在其中之一便是飞机飞行高度，飞机飞行高度与相机参数决定的了路面取样间距(GSD)，即两清晰度核心相对应的路面实际位置。已研究表明，大数据挖掘精度大约为GSD的2~3倍[2,5]，根据《低空数字航空摄影测量外业规范》(CH/Z 3004—2010)[13]，实验设置航行方向重叠度为80%，旁向重叠度为60%，影象均值路面屏幕分辨率为2.5 cm，其相匹配最低值飞机飞行高度大约为150 m，航带布设如下图 1(b)所显示。此次航摄共布设航道17条，共收集影象1930张，在其中正射摄像镜头影象386张，相匹配出图总面积0.25 km2。

为数据分析五摄像镜头倾斜摄影测量精度指标值，实验采用传统正射方式为参照，即仅选用下视摄像镜头影象，各自采用6种航测方式、12种试验方案进行对比分析。此类比照方法，可以确保正射方式与歪斜方式在航摄时环境因素主要参数、航道及照相点位置严苛一致。精度鉴定具体内容主要是以是否使用L波段PPK、路面控制点以及密集程度为主导，具体实施方案以及名字如表 2。

表 2 流行航测方式精度对比实验方案策划

三维模型的精度与控制点总数息息相关，适当调整控制点总数，能提高空中三角测量的精度[14]。为进一步验证路面控制点数量以及精度之间的对比关联，文中在相关比照的前提下，还制定了控制点总数分别是3~15时，涉及到像控点布设的4类流行航测方式的成效精度对比实验，总共52种试验方案。

1.3 控制网布设与精确测量

为对全局性精度进行评价，按规范中有关1∶500比例尺精度旁向邻近平面图控制点的航道跨距规定，控制点每间隔4条航道布设[13,15]。沿3条主干路共布设了23个路面控制点，均为平高些。控制点布设统一采用参考文献[16]所提出的适宜无人机航测的最佳设点计划方案，各试验方案控制点以图 1中编号依次选择应用，未参与校正的控制点做为精度鉴定的控制点应用。控制点选用GNSS RTK方法精确测量，精确测量通信基站布设于距测区约100 m的中国科学院贡嘎山监测中心内，其精确测量精度可以达到平面图1 cm、标高1.5 cm[12]，完全能够满足文中精度评定使用需求。