无人机航摄系统在DOM生产中的应用研究

摘要：无人机航摄系统是继传统的航空摄影之后出现的一种新的数字测绘航空摄影技术。介绍了无人机数码影像生产DOM 的工作流程及作业方法，并对同一地方的无人机影像利用不同像控点布设方案进行区域网平差解算、分析。

关键词：无人机航摄； 控点布设；DOM；区域网

Abstract: The UAV aerial system is the traditional aerial photography after the emergence of a new digital mapping technology of aerial photography. This paper introduced UAV digital imaging production of DOM work flow and operating method, and on the same place of the UAV image using different control point layout scheme of regional network adjustment calculation, analysis.

Key words: the UAV aerial; control points; DOM; local area network

中图分类号：P25

超轻型飞行器、无人飞行器等低空飞行平台搭载2000 万像素以上小像幅数码相机的航空摄影研究和应用不断深入，低空无人机数码航空摄影作为一种新的测绘手段，以其特有的运输便捷、灵活机动，起飞降落无需专用机场，数据获取高效快速、精细准确、成本低廉等显著优点，在小块区域、常规航摄困难地区、突发自然灾害等地区进行高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，成为传统航空摄影的有力补充。低空无人机航摄影像测绘地形图是新型的测绘技术和测绘工艺，原有航空摄影测量规范已不能满足此类低空数字航空摄影测量的要求。

1．无人机数码影像生产DOM 的工作流程及作业方法

1.1字航空摄影测量生产工作流程

图1 工作流程

1.2作业方法

工程文件，以项目区为单元建立测区，设置“相对定向限差”和“模型连接限差”等基本参数。建立像机文件，输入像机参数，设置像机检校参数。根据提供的主点坐标、像机焦距、像素大小、影像列数和行数等信息设置航空影像数据参数。为影像设置代号，并根据相应顺序选择升序或降序排列，进行影像数据的添加。根据实际航摄情况，填写当前航带的航向重叠度，设置像素大小，并应用到全部影像。最后使用像机检校文件检校全部影像。

1.2.1预处理

hotoshop 软件进行预处理。预处理的主要工作是增强影像灰度拉伸、调整反差和亮度。使用专门软件，对数字图像进行图像处理，消除成像条件( 天气条件、光照条件、硬件条件等) 对数字影像的各类影响，尽量保持各航片目视影像效果一致。航空影像畸变差预纠正。根据数码像机的内方位元素及畸变差模型系数，使用纠正软件对原始航摄影像进行处理，消除影像的畸变差和主点偏移量; 精确变换原始影像，原始影像进行主点改正及畸变和旋转，输出无畸变差影像。提取Wallisfilter 算子、Harris 算子和缩略图QV，为下一步自动空三做好准备。

1.2.2自动空三

自动空三主要分为2部分，自动匹配和交互式编辑。可以通过网络进行多节点并行计算，实现自动匹配，处理速度快; 通过构建区域网，利用人工交互的方式删除程序自动列出的粗差大的像点，直到得出的结果满足要求。

1.2.3和输出

匹配和空三加密结果多节点( 同名点和像控点) 自动生成全测区的DEM，再利用DEM 和自动匀光匀色软件制作全测区DOM，然后通过人工交互方式进行编辑，最后输出DOM。

1.2.4价

以400 张影像测区为例，像幅大小为3 744 像素×5 616 像素，成图精度GSD 为0． 2 m，若航摄飞行质量一般，通过网络4 节点计算，处理所用时间见表1。

表1 处理所用时间

2．像控点布设方案探讨

由于无人机航空影像像幅小，航片之间重叠度大，基线长度较短，与常规航片或UCD 等数码影像比较，在同等面积、制作相同比例尺地形图，无人机数码像片无论是航线数还是像片总数，都远远大于常规航片及UCD 数码影像，依据原航空摄影测量规范布设野外像片控制点，则外业工作量成倍地增加。探讨满足测图精度要求的像控点布设方案，是利用无人机航摄影像测绘地形图的关键。

2.1 无人机航空影像

本文使用的无人机影像是采用固定翼轻型无人飞机获取的。相机类型：佳能5Dmark II数码相机；焦距：24.3030mm；相对航高：810 m；航向重叠：70%～75%；旁向重叠：40%～50%；基线长度约为210m；旋偏角：最大2.1 度；影像色彩：真彩色；像素大小：6.4um；地面分辨率约为21 cm；单张原始影像尺寸为3744×5616 像素，畸变改正后影像尺寸为3820×5712 像素，覆盖地面面积约为802m×1200m。

2.2 试验区选取

像控点不同布设方案区域网平差解算试验区面积约15.5 平方公里，涉及5 条航线，125 张像片，地形类别为平地；选取其中4 平方公里区域为1:2000地形图测制试验区，地形类别：3/4 为平地、1/4 为丘陵地；在1:2000 地形图试验区域内选取1 平方公里的平地区域进行1:1000 地形图测制试验。

2.3 像控点不同布设方案区域网平差试验

2.3.1 像控点布设方案

分别选取了2 条、4 条、6 条、8 条、12 条、18条、24 条基线跨度（分别布设119 个、64 个、44 个、36 个、26 个、26 个、17 个外业像控点作为定向点）对同一区域网进行了空中三角测量平差解算，利用相同的142 个野外检查点，分别对不同布点方案的区域网平差解算结果进行检测。5 条航线组成的区域网及试验区内布设的119 个像控点、142 个野外检查点、地形图测制试验区。

2.3.2 区域网平差结果分析

《数字航空摄影测量 空中三角测量规范》中对比例尺为1:2000地形图区域网平差的精度规定，本次试验采用相同的142个野外检查点对像控点不同布设方案区域网平差解算。

不同布点方案及平差结果，可以看出基线跨度数小于或等于6时布设的野外像片控制点参与定向进行区域网平差，其平面和高程精度均可达到《数字航空摄影测量空中三角测量规范》对1:1000 及1:2000 平地、丘陵的精度要求；基线跨度数大于6小于24时，布设的野外像片控制点参与定向进行区域网平差，其平面精度可达到《数字航空摄影测量空中三角测量规范》对1:1000 及1:2000 平地、丘陵的精度要求，但高程精度不能满足《数字航空摄影测量空中三角测量规范》对1:1000 及1:2000 平地、丘陵的精度要求。

3.1:1000、1:2000 DOM 生产试验

在立体模型下进行等视差曲线编辑、影像匹配等生成单模型DOM，再对单模型DOM 进行拼接、处理，制作1:1000 和1:2000 试验图幅的DOM，并利用野外测量的检查点对DOM 成果进行精度检测。

根据《测绘成果质量检查与验收》GB/T24356-2009 的要求，分别到实地对4 幅1:2000 地形图的平面和高程精度进行了检测，对1 幅1:1000 地形图的平面精度进行了检测。检测点主要是固定的道路交叉中心、田埂交叉处、水沟交叉处以及联测了一部分容易判读的像控点，避免了容易变化的地埂及没有铺装材料起伏变化大的路面。

通过地形图平面及高程检测精度结果的分析，可以看出1:2000 地形图的平面和高程精度均满足《1:500 1:1000 1:2000 地形图航空摄影测量内业规范》对1:2000 平地、丘陵的成图要求；1:1000 地形图的平面精度满足《1:500 1:10001:2000 地形图航空摄影测量内业规范》对1:1000 平地、丘陵的成图要求,高程精度却不够理想。

4. 结束语

低空无人机数码航摄，是信息化测绘技术体系建设中实时化数据获取体系的重要内容，是现有航空航天影像获取体系强有力的补充，是应对突发事件测绘保障的重要手段，是重点区域监测地理国情的基本工具，是地理信息快速更新的重要途径。利用无人飞机航摄系统制作1:1000、1:2000 数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）及三维景观模型等系列成果，这些成果在应急抢险、灾后重建、新农村建设、数字城市建设、地理国情监测以及工程建设等诸多领域将发挥重要作用。