张煦

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450052）

低空无人机摄影测量像控点布点方案的探讨与研究

张煦

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450052）

结合低空无人机在工程项目中的应用，对相同测区提供不同的像控点布设方案、通过不同的方案对空三精度产生的影响进行分析，得出可行的既满足精度要求又节省外业工作量的像控点布设方法，供类似项目应用参考。

无人机；航空摄影测量；相控点布设；空三加密；精度

低空无人机航空摄影测量作为一门快速发展的低空影像获取技术，是遥感和传统航空摄影测的补充，具有快速高效，成本低等众多优点，尤其适合快速获取小范围区域和地形地貌复杂地区的高分辨率影像，能够快速生产出该区域需要的数字测绘产品，因而被广泛应用于国民经济建设的各个领域。在整个航测作业中，像控点布设是无人机航测任务的重要环节，也是外业过程中成本投入比较大的一个部分，是解析空三和数字测图的基础，像控点位置的选择和大地坐标的测定，直接影响航测内业成图精度。因此，本文结合实际无人机航测项目，对像控点布设方案进行探讨和研究。

1 无人机航测的特点和选取的布点方案

1.1 无人机低空数字摄影测量的特点

①像幅小，影像数量多，使得内业和外业的工作量加大；②由于无人机体积小、重量轻，飞行姿态受外界因素影响较大，因此旋偏角和倾斜角都会很大；③同时航向和旁向重叠不规则，造成模型连接困难；④照片灰度不一致，造成影像匹配难度大、精度低［1-2］。

1.2 无人机航测的布点方案

①测区四角布设平高点；②测区四周均匀布设平高点；③测区区域内均匀布设平高点；④测区四周均匀布设平高点，内部少量布设平高点。

2 布点方案的实施实验

2.1 实验场地

信阳光山大苏山森林公园，河南光山县大苏山摄区航摄面积约40km2，影像分辨率0.08m，成图比例尺1∶1000。从地貌图中可看出，河南光山县摄区地形复杂，为浅山区，摄区内最高点和最低点相差约300m，该摄区按南北方向敷设航线，共划分了七个区块42条航线。为了试验需求测区共布设像控点和检查点91个，通过对选取不同的相控点进行空三加密［3］，对检查点进行精度的对比分析，证明4种像控点布点方案的优劣，找出无人机航空摄影测量在满足相应精度的要求下节省外业工作量的测量方法，选取区域和航线区块划分如图1所示。

2.2 选用飞行设备和飞行技术参数

2.2.1 选用设备。选用设备为飞马无人机F200。主要技术要求有以下几点。①旋偏角一般不大于15°，最大不超过25°。②为确保成图精度，应特别注重影像质量。影像清晰、反差适中、颜色饱和、色调一致。③航高差：同一航线上相邻相片的航高差不得大于30m；最大航高与最小航高之差不得大于50m。当相对航高小于等于1 000m时，航摄分区内的实际航高与设计航高不应大于50m；当相对航高大于1 000m时，其实际航高与设计航高不应大于设计航高的5%。④航线弯曲度一般不大于1%；相片正视倾斜角一般不应大于4%。⑤正式摄影前要进行试飞，并将试飞的质量状况填入航摄飞行记录表中［4］。

图1 航线区块划分图

2.2.2 技术设计基本参数技术设计基本参数见表1。

表1 技术设计基本参数

2.3 像控点测量

考虑到项目实施计划和成图精度，该项目拟定采用实时动态GPS测量（RTK）技术方法，所有外业点均按照平高点进行施测。施测情况如图2所示，施测时要求遵照下列技术设计要求［5］：①基准站的覆盖半径城区要求不大于10km，城市密集区以不超过7km，RTK基准站的点位精度等级不得低于I级导线点精度。②基准站要尽量架设在高处且易于架设和维护的地方。③基准站参数的计算要求选取覆盖范围内周边和内部点，点数不得少于5个，且要分布均匀，转换后各点的残差分量应小于5cm。④RTK基准站网无辐射漏洞，且全网的辐射重叠度不得低于需控制范围的20%。⑤RTK观测的采样间隔为1s，每次测量的历元数不小于10个。单次观测的平面收敛精度应≤2cm，两次点位互差应≤5cm。⑥每次施测前要选取施测位置附近的已知点进行检查，检测高等控制点时，其点位互差应≤5cm，符合要求后方可进行像控点的测量。⑦设备采用南方系列RTK双频接收机。⑧像控点的观测全部采用实时动态GPS技术进行观测，每点观测两次取中数作为最后成果［6-8］。

图2 施测现场

测区像控点及检查点共布设91个，布点情况如图3所示。

图3 像控点布设

2.4 实验选取的四个布点方案

方案1：采用只在测区四角布设平高点的布点方案，共15号、91号、19号、63号、85号、69号、53号、76号、81号、2号10个点。

方案2：采用测区四周均匀布设平高点的方法，共15号、11号、10号、81号、80号、77号、72号、53号、54号、69号、85号、64号、31号、86号、19号、91号16个点。

方案3：四周均匀布设，内部少量布设的方法，共5号、11号、10号、81号、80号、77号、72号、53号、54号、69号、85号、64号、31号、86号、19号、91号、16号、26号、4号、40号、43号、61号22个点。

方案4：测区区域内均匀布设平高点，共11号、10号、81号、80号、77号、72号、53号、54号、69号、85号、64号、31号、86号、19号、91号、16号、26号、4号、40号、43号、61号、13号、1号、82号、7号、46号、58号、57号、66号、84号、62号、47号、35号、37号、29号、22号、90号、14号、3号、6号、44号，四十一个点［9］。

2.5 四种控制点布设方案空三加密后检查点精度对比分析

解析及全数字测图系统所需要的像控点，采用常规的加密方法，解析空中三角测量采用自动空中三角测量软件无人机管家2.0专业版进行加密作业。任务是为像片纠正和测图提供定向点和细部点，并提供作业时所需要的仪器安置元素数据（内方位元素和外方位元素）。

①内业加密控制点相对邻近野外控制点的平面点位中误差不超过表2的规定。

表2 加密点平面中误差（单位：m）

②采用全数字摄影测量系统（DPS）或工作站（DPW）进行空中三角测量时，其内定向测标应严格对准框标，框标坐标量测误差不得大于±0.01mm。数码影像不需要内定向。

③相对定向标准点的残余上下视差限差不超过± 0.005mm，检查点残余上下视差限差不超过±0.008mm。模型连接平面位置较差ΔL≤0.06×mt×（10-3）m，高程较差ΔZ≤0.04×mt×fk×（10-3）/b（m）。式中：mt为相片比例尺分母；fk为航摄仪焦距mm；b为像片基线长度mm。

④绝对定向基本定向点残差、多余控制点不符值及区域网间公共点较差不超过表3的规定。

表3 绝对定向限差（单位：m）

⑤加密点中误差以全区或单个区域为单位按下列公式进行估算：

式中：mq为控制点中误差，单位m；mg为公共点中误差，单位m；Δ为多余野外控制点不符值，单位m；d为相邻航线或相邻区域网之间公共点较差，单位m；n为评定精度点数。

2.6 平差计算和精度对比

采用光束法系统程序进行平差计算，最终输出可供内业全数字摄影测量系统使用的加密成果。通过四种不同的相控点布设方案，对精度进行了统计，见表4。

3 实验结论和注意的问题

3.1 实验结论

实践中，通过对各方案的比较分析，可以得出：采取四周均匀布设，内部少量布设的方法，可以大大提高空三加密的精度（如图4所示）。

图4 像控点点位图

但并不是控制点密度越大越好，布设的控制点太多不但大幅度增加外业和内业的工作量，而且对于解析空中三角测量精度的提高并起不了太大的作用，测区内部适当增加平高控制点，测区的高程精度有所改善，但改善的量并不明显，没有现实意义。

3.2 进行相控点布设时需要注意的问题

①数据源是低空无人机航空摄影测量的基础数据，质量好的数据源文件是成果精度的最基本保障，要求无人机在野外飞行时尽量保持较好的飞行姿态，航摄时光线要求必须充足，选择适合无人机飞行作业的天气，获取质量较好的原始影像资料。

②在布置区块作业时，为了能够较好地保证整个测区的精度，不同飞行架次的首航带和尾航带必须有一定的重叠，并且在航带重叠的首尾航片布设像控点。

③在实际工作中，测区往往是不规则的几何区域，在整个测区相对凸出和凹陷的位置，要增加布设像控点，保证整个不规则测区的构网。

4 结语

本文通过实验，使用不同的控制点布设方案在相同的工作区域进行应用，然后进行控三结果精度分析，得出了适合低空无人机航空摄影测量的布点方案。实验采用深圳飞马F200无人机系统，得出采取四周均匀布设，内部少量布设的方法，相比于传统航测区域网控制点布设，需要的外业控制点更少，成果精度较高，减少了外业工作量。无人机航测成果应用于城市现代化建设将是测绘行业的一个发展趋势，特别适合用于范围不大的大比例尺地形图的测绘，长度小于100km的河道、电力选线、道路选线等线路工程大比例尺带状地形图的测绘、应急救灾快速响应测绘，小范围大面积房屋建筑物的普通地形测绘等。同时，由于无人机本身特点的限制，一般荷载能力有限，无法搭载重量大的相机，造成拍摄的像片像幅较小，以至于拍摄的工作量很大，无人机飞行效率一般较低，不太适用于大面积区域的测绘。现阶段，大多数无人机航测系统搭载的相机都是普通的单镜头数字相机，基高比较小，因此一般无人机航测的高程精度不高，不适用于对高程精度要求较高的测绘项目，虽然倾斜摄影测量的出现使无人机测绘产品精度大幅提升，但受电池续航方面的制约，处理数据量过于庞大等瓶颈难以突破，目前还不能用于大范围的测绘生产。希望测绘技术快速发展，不久的将来无人机航空摄影测量诸多的技术难题将得以解决［9-10］。

表4 平差计算和精度对比

［1］王之卓.摄影测量学原理［M］.北京：测绘出版社，1984.

［2］张剑清，潘励，王树根.摄影测量学［M］.武汉：武汉大学出版社，2012.

［3］邓廷起.无人机空中三角测量研究与应用［D］.武汉：武汉大学，2011.

［4］黄世德.航空摄影测量学［M］.北京：测绘出版社，1985.

［5］国家测绘局.CHZ 3004-2010低空数字航空摄影测量外业规范［S］.北京：测绘出版社，2010.

［6］王聪华.无人飞行器低空遥感影像数据处理方法［D］.青岛：山东科技大学，2013.

［7］买小争，杨波，冯晓敏.无人机航摄像控点布设方法探究［J］.测绘通报，2012（增刊）：268-271.

［8］王铁军，郑福海.ADS80航摄影像在省级基础测绘中的控制点布设方案研究［J］.技术应用，2014（1）：97-100.

［9］张治国.关于无人机在大比例尺测图中的飞行质量探讨［J］.价值工程，2014（31）：226-227.

［10］柏飞.影响无人机航测高程精度分析［J］.测绘技术装备，2014（3）：92-94.

Discussion and Research on Image Control Point Layout in Low Altitude Unmanned Aerial Vehicle Photogrammetry

Zhang Xu
（Henan Water Conservancy Survey Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）

With the low altitude without application in the project of the machine,on the same test area with different control point layout program,through the analysis of influence on different scheme of air three accuracy,feasible method of image control point layout,which can meet the requirement of precision and save the workload of industry, is obtained,which is a reference for similar projects.

unmanned aerial vehicle；aerial photogrammetry；phase control point layout；space three encryption；precision

P231

A

1003-5168（2017）07-0030-04

2017-06-02

张煦（1978-），男，本科，工程师，研究方向：无人机摄影测量与遥感。