基于FANS FES的IMU/DGPS辅助航空摄影快速质量检查方法

陈燕燕++崔迎迎

摘 要：该文以IMU/DGPS辅助航空摄影成果快速质量检查为研究内容，以承德市城乡规划局三维数字规划项目0.05米分辨率IMU/DGPS（即POS）辅助航空摄影快速质量检查为例，将传统的人工质检方式和基于FANS FES质检的效率和精度进行了对比分析，得出结论：使用FANS -FES人工工作量少、速度快、准确度高，能够降低飞行成本，缩短航摄工期，并形成了快速质检验收的整套工作流程和实施方案。最后，结合多年的航摄质检工作经验，分析了基于软件质检的优势和不足，提出了使用该技术的几点建议。

关键词：IMU/DGPS FANS FES POS数据 航空摄影 质量检查

中图分类号：TP79 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（c）-0031-03

随着航空摄影技术的发展，航空摄影质检软件系统的研发和应用也迅速崛起，推动了质检方式由全人工向人机交互或者计算机为主、人工为辅的方向发展。

目前测绘行业航空摄影成果质检软件有两种类型：一种是基于航摄影像和像片中心点坐标数据进行质量检查；另一种是基于IMU/DGPS数据（即POS数据）进行质量检查，两者各有优势。基于影像的飞行质量检查软件系统优点是对像片中心点坐标数据精度要求不高，缺点是基于影像同名点匹配，运算时间较长，且地形高差变化较大时旁向重叠度计算准确度低、不同时间获取的影像差异较大时匹配计算精度低；基于POS数据的质检，即该文选用的FANS FES软件，数据导入速度快，解算效率高、精度高，比较适合用于IMU/DGPS辅助航空摄影项目的质量检查，自动化程度达80%左右，是人工检查速度的5～6倍，且能够大幅减少人工工作量。

1 FANS FES简介

FANS FES是中科院地球物理研究所研发的一款飞行评估和质量检查软件，主要是基于POS EO数据文件和DEM，对面阵相机获取的影像数据情况，进行快速的飞行质量检查（根据数据量一般需要5～30 min），检查项包括像片重叠度、旋偏角、倾斜角、航高保持、航线弯曲度，该软件可用于外业飞行时的快速飞行质量检查，即飞机落地后基于解算出的POS数据进行快速的飞行质量评估，以便于根据质量结果快速制定补飞计划；也可用于质检验收时飞行质量的检查，能够大幅减少人工工作量，实现质检验收全部在计算机上快速有效进行。

2 基于FANS FES快速质量检查技术路线

2.1 质量检查内容

根据国家标准，IMU/DGPS辅助航空摄影成果质量检查元素包括：飞行质量、影像质量、数据质量、附件质量。其中飞行质量检查项包括：像片重叠度、覆盖完整性、像片倾斜角、航线弯曲度、旋偏角、航高保持；影像质量检查项包括：外观、几何精度、影像完整性；数据质量检查项包括：偏心分量、观测数据、解算数据精度；附件质量检查项包括：技术文档、检定资料、整饰包装、附图和附表。在航空摄影项目飞行阶段，主要检查数据质量、飞行质量和影像质量。

2.2 基于FANS FES快速质量检查流程

基于FANS FES快速质量检测流程图如图1所示。

2.3 快速质量检查技术路线

2.3.1 机载POS数据解算

航摄飞行获取成果后，对机载POS数据进行完整性检查，用IMU/DGPS辅助设备配套软件POS Pac进行解算，解算完成输出pos eo（像片外方位元素）。根据飞行记录和飞行轨迹线，剔除pos eo数据中不在航线上的废点，以减少干扰。为方便后期对照相应影像进行核查，可以在数据第一列添加对应影像编号，也可不加，后期需要时在质检报告中添加影像编号，此阶段一般用时20 min左右。

2.3.2 FANS FES快速飞行质量检查

打开FANS FES，首先设置摄区中央子午线经度和Geoid Height（水准面高程），导入POS EO数据，设置影像路径（可省略）、DEM路径，选择使用相机类型，设置测区参数、输出报告路径和警告容限值，即可开始运算，此过程根据数据量不同一般需要几十秒到十几分钟，操作界面如图2所示。

2.3.3 输出飞行质量报告

运算结束可根据需要输出重叠度评估报告、KML矢量报告、飞行质量超限报告、飞行质量统计报告。重叠度评估报告内容详细全面，有每张影像的航向、旁向重叠度、旋偏角、倾斜角、三度重叠信息；KML矢量报告能够用Google Earth打开，可直观显示出每张影像的覆盖情况、重叠情况、点位置、航迹；飞行质量超限报告只输出超限影像信息及超限情况；飞行质量统计报告输出每条航线重叠度的最大值、最小值、相邻像片最大高差、每条航线高差最大值、倾斜角最大值、航线弯曲度、旋偏角最大值信息。

2.3.4 人工交互检查

待影像预处理完毕，检查影像数据质量，查看影像分辨率、層次的丰富性，色彩反差和色调情况，存在云、烟、雾、雪、阴影等区域是否可用航向、旁向影像进行弥补。结合影像数据对软件质检报告中报警的数据进行人机交互检查，判断是否合格。

2.3.5 质量结果反馈

在质量检查过程中发现质量问题及时记录，若有不合格影像编制航摄补飞单，将质量结果反馈给现场飞行人员，以便于现场合理安排飞行计划。

2.3.6 成果整理

经质检合格的成果，按照国家标准规定进行成果整理，整理影像成果、制作相关文档、图、表，如航摄鉴定表、中心点结合图、航线像片结合图、完成情况图、资料移交书等。

3 基于FANS FES的承德市IMU/DGPS辅助航空摄影快速质检实例

承德市城乡规划局三维数字规划项目作业区介于北纬40°50`～41°8`，东经117°37`～118°7`之间。东西跨度41 km，南北跨度32 km。在航摄阶段采用IMU/DGPS辅助航空摄影技术，进行0.05 m分辨率的彩色数码航空摄影，面积约650 km2，共7个分区，设计航线138条，航片10 041张。摄区分区及航线示意图如图3所示。

该项目航摄历时一个月，共计8个架次，航摄时间30.41 h，包含补飞航线在内共计飞行150条航线，获取航片数据11 803张，有效航片总数11 157张。飞行详情如表1所示。

在航摄飞行阶段，收到每架次数据均先使用FANS FES进行飞行质量检查，尤其是在飞行比较密集的3-4，5-8架次，航摄当天检查飞行质量，现场根据当日天气情况预判影像质量，安排第二天的飞行、补飞计划，不再受制于接送数据、影像预处理、质检的时间限制，提高了航摄效率，缩短了工期，减少了人工工作量，取得了较好的经济效益。

为检验软件结果的可靠性，项目每架次成果影像处理完毕均进行了人工质检，并将人工质检结果与软件结果进行比对，部分结果如表2所示。

结果表明，软件质检结果具有较高的准确性，与人工检查结果基本一致，具有较高的可靠性。目前已应用于多个项目生产中，如开鲁航空摄影、科尔沁航空摄影、浙江基础航摄（湖嘉）项目、庆元县基础航空摄影、新昌倾斜摄影等。

4 结论及建议

该文基于FANS FES软件使用POS数据和DEM数据检查IMU/DGPS辅助航空摄影成果，每架次成果从解算POS数据到輸出飞行质量报告一般需要30 min～1 h左右，优点是：效率高、速度快、准确度高；软件具有可编辑性，能够根据需要增减相机、修改程序参数；具有可扩展性，支持Roll、Pictch、Heading旋角系统的外方位元素飞行质量检查，例如：能够用于无人机航摄数据的飞行质量检查。但也存在一些不足，若pos或DEM数据精度较低或航摄倾斜角过大时，质检结果可靠性会降低，需要人工进一步确认。

将多个项目软件质检结果与人工结果比对，总结了以下几点使用建议：导入软件前删除不在航线上的无用POS数据，以提高航线自动识别的正确性；若一条航线存在2次飞行时，将2次飞行分别进行评估，以提高航线临近关系识别的正确性；软件质检时预警值的设置适当增加容差值，以减少错检漏检率。

参考文献

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