无人飞机航摄与测制带状地形图中的应用

无人飞机航摄与测制带状地形图中的应用 张惠均 ,江苏省地质测绘院～高楼门20号 210008, 摘 要 非测量数码相机应用于航空摄影测量是目前摄影测量界关注的焦点。为此～我们在江苏阜建高速公路用无人驾驶飞机数码航空摄影测量系统～进行了航空摄影测量试验～试验取得的精度～满足了大比例尺成图的精度要求。本文详细叙述了阜建公路利用无人驾驶飞机航测成图整个实验过程～通过对工程的实施以及对结果所取的精度进行了分析～给出了本系统的优缺点～提出克服系统缺点的。本系统的应用～给出了数码相机和无人驾驶飞机应用于航空摄影测量的方法～加快了航空摄影测量内外业一体化的进程。 关键词 无人驾驶飞机,数码相机,航空摄影,GPS,像片控制,畸变纠正,空三加密,JX4-C测图 1 引言 基于传感器类型CMOS的数码相机正广泛地应用于摄影测量，由于数码相机体积小、重量轻、像元的几何位置精度高、无需框标标定内方位元素坐标系、无需标准格网以改变底片变形，特别是生成的影像信号可立即存放于影像存储卡，或直接与计算机相连实现在线作业，实现数字(而不是数字化)摄影测量乃至实时摄影测量。本次试验采用了无人驾驶飞机，机载遥感设备-数码相机、GPS等，大大降低了成本。飞行时间为2010年11月27日,11月28日。试验测区，地势比较平坦，属平地。交通便利，机场选于紧靠航摄区域的已收割的稻田及无通车的公路上。 2 飞行器、遥感设备及其参数 a. 飞行器选用固定翼型无人机 翼展 2.5m 巡航速度 110km/h 机长 2.05m 最大爬升率 15m/s 机高 0.58m 升限 5000m 起飞重量 18kg 抗风能力 5级 空重 10kg 续航时间 2h 最大载荷 6kg 最大航程 280km b. 机载遥感设备-传感器类型CMOS 3 选定试验航线 根据测区范围形状，及成图比例尺1:2000(摄影比例尺1:10000)进行区域网航摄。采用GPS飞控管理系统进行定点曝光，共四条航线(如图1所示)，共159张航片。最大绝对航高744米，航摄地面分解力为14 cm，平均基高比0.24，航向重叠 65,、旁向重叠 30,、旋偏角一般不大于 8?。 图1 4 像控设计点布设方案 1. 飞行略图和POS坐标数据: 2. 像控点布设: 两条和两条以上的平行航线按区域网布点法布设平高控制点，每对像控 点不超过4条基线，在需布点像片的上下标准点位处布设控制点。 为提高像控加密的精度，不规则区域网，应在凸角处增补平高点，凹角处增补高程点。但当凹凸角之间距离超过 2 条基线时，凹角处亦应布平高点。 图中 ?为像控点，，像片 3. 像控点应选刺在棱角分明的地物上，刺点片要求反差适中。 5 像控点联测 5.1 采用GPS-RTK作业模式联测像控点 为提高加密精度，在作高程控制点联测时，同时测定其平面坐标，提供内业加密纠错使用。 5.2 像控点高程测量 采用GPS-RTK作业模式时，选用已有的基础控制点成果基础上，直接得到像控点的三维坐标。 5.3 像控点数量 野外测量-共观测像控点48点平高点。 6 空三加密 6.1 原始影像的畸变纠正 由于机载的非测量相机，空三加密前要对其原始数码影像用适普公司推出的Aberrations Correction System程序模块进行径向畸变和切向畸变纠正。 6.2 区域网整体平差 利用VirtuZo AAT 自动空中三角测量软件对755m航高进行区域网加密和平差。 整体平差计算的控制点中误差为: MX=0.100934 最大残差为0.229 MY=0.110708 最大残差为0.203 MZ=0.077410 最大残差为0.183 7 立体模型数据采集 直接利用空三加密成果，全数字摄影测量工作站JX4-C建立以单像对为单位的立体模型，并采集建筑物、其它地物、高程点数据等。 8 精度统计 根据全数字摄影测量工作站JX4-C采集的数据，进行野外实地测量，获得的数据与立体采集的数据进行比较分析，并统计、计算其中误差。 平面中误差统计表: 中误差(M) Max(?X) Max(?Y) 备注 建筑物 0.333 0.283 0.312 其它地物 0.646 0.483 0.564 高程中误差统计表: 中误差(M) Max(?H) 备注 高程点 1.63 2.77 9 结论 以上的平面中误差能满足于“交通部JTG C10-2007《公路勘测》、交通部JTG/T 《公路勘测细则》” 1?2000的地形图的精度。 C10-2007 高程注记点中误差不能满足“高程注记点相对于最近野外控制点的高程中误差:平地??0.27m”。 平面中误差也能满足于“CJJ8-99《城市测量规范》、GB15967-1995《1?500、1?1000、1?2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》的图上地物点相对于邻近平面控制点的平面位置中误差不超过图上?0.5mm”1?2000的地形图的精度。 优点: 1. 数码相机代替了传统的胶片航摄仪，影像无需冲洗和扫描，降低了成本，缩短了成图 周期，增强了地图的现势性。 2. 数码相机体积小、重量轻、耗电、耗油少等特点。使用固定翼型无人飞机，在测区内、 外部利用草地，公路就地起飞，起飞方便，成本低。 3. 飞行高度低，提高了地面分辨率。 4. 由于航高低，可以在云下和轻雾天拍摄。对飞行天气的要求大大低于传统相机和国外 的数码相机要求，节约了时间，降低了成本。 5. 由于采用GPS定点曝光，用相片漏洞检查软件检查航飞区域内是否有漏洞，当时就能 进行定点补拍。大飞机航拍，不能及时检查漏洞，补飞代价高，所以加大重叠度，造 成航线增加，效率降低。 6. 控制点的外业测量、航飞、内业资料检查和补拍可以同时在测区进行，加快了航测内 外业一体化的进程。 7. 影像为RGB自然彩色，比融合彩色更加逼真。 缺点: 1. 由于每个像对覆盖面积小，导致航线数量和像对数量增多。参照现行规范，则观测像 控点的数量也增多。像控制点布点较多，增加了像控设计人员大量的工作量，由于像 幅小，像片大量增加，也增加了空三加密人员十倍于以前的工作量。 2. 低的飞行高度，焦距只有35MM，在高楼大城市区域拍照正摄影像时，投影差太大， 不太合适。 3. 由于相机为非测量相机，镜头的畸变必须要纠正，还存在大气压、风、气流、温度等 不确定因素。 因此，数码相机潜力巨大，使航空摄影测量由胶片时代迈进了普通数码相机时代。固定翼型无人飞机使用、RTK像控点测量、GPS定点导航型航拍、自动相关软件检查航向旁向漏洞、GPS定点补拍、空三、立体测图均在测区一次完成，大大缩短航测成图周期，并满足了大比例尺成图的精度要求，加快了航测内外业一体化的进程。 通过精度比较可以看出平面精度可以满足本次1:2000测图需要，但高程还有待进一步提高。该技术属于比较新的领域,相关的技术配套、设备、人员到软件,到相关的技术与质量控制都不太成熟。 在国家开放低空空域，深化低空空域管理改革的背景下，无人机低空遥感技术是近年快速发展起来的一项地理信息数据快速获取技术，随着无人机的逐渐完善，精度也会越来越高，应用领域将会更加广泛，前景将会越来越好。 参考文献 [1] 交通部JTG C10-2007《公路勘测规范》 [2] 交通部JTG/T C10-2007《公路勘测细则》 [3] CJJ8-99《城市测量规范》 [4] GB15967-1995《1?500、1?1000、1?2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》 [5] 交通部JTG C10-2007《公路勘测规范》、交通部JTG/T C10-2007《公路勘测细则》” 1?2000的地 形图的精度。