无人机后差分在大比例尺地形测绘中的应用研究

李红阳，李 策

（华北理工大学，河北 唐山 063210）

随着科学技术的发展，后差分技术逐渐运用到无人机地形图测绘当中。本文将通过实验来验证经过后差分解算的pos数据参与平差，在测区范围较大且像控点数量较少的情况下是否能满足1：1000及以上的大比例尺测图要求。

1 后差分GPS辅助空三原理

后差分GPS技术辅助空三是将GPS差分技术与无人机的GPS惯导结合起来。无人机飞行过程中利用载波相位差分技术同时记录机载GPS数据以及基准站的GPS数据。基准站架设在已知点上，设置为静态模式，采样间隔一般设置为0.1s，最后通过相应的后差分软件将机载GPS数据与基准站采集的数据进行联合解算，再通过提前计算好的七参数，解算出高精度的航片空间位置坐标，进而通过空三处理得到地物精确的空间位置信息。

2 应用实例

（1）无人机系统简介。本实验使用的是中海达iFLY U5固定翼无人机，该无人机为弹射式起飞，定点伞降式降落。其特点是单架次作业面积大、续航时间长、拥有良好的抗风性，这样能使无人机保持较稳定的姿态，确保航测数据采集的精确度。

（2）测区概况。测区位于遵化市西约30公里处的石门镇，测区覆盖面积约7.1平方公里。居民比较集中，属于平原区，最大高差约50m。当地坐标系统使用1980西安坐标系，高程系统为1985国家高程基准，中央子午线为117°，飞行环境良好。

（3）布设像控点。由于后差分技术可以在一定程度上减少像控点的布设，本实验在7.1平方公里的范围内布设了10个像控点，确保像控点在测区内均匀分布。每布设完一个像控点使用RTK对像控点进行平滑采集并对其位置进行拍照，以方便后期内业的刺点工作。

（4）航空摄影。提前在谷歌地球软件里面规划好测区范围并生成kml文件，到达测区现场后将已保存的kml文件导入到中海达iFLY U5地面站里面，本次飞行设计的地面分辨率为4.34cm，在此地面分辨率下对应的航高为320m。最后地面站自动生成航线。

3 数据处理

（1）后差分解算。后差分解算主要是基于无人机后处理软件UAV-PPK软件进行解算的。UAV-PPK软件是一款运行于桌面端的无人机后处理RTK软件，能提供高精度的空间定位。后差分完成后相机曝光点均显示绿色，说明整周模糊度达到了固定解，定位精度较好。最后，通过在“坐标系统转换”选项里输入的七参数将pos初始的WGS84坐标转换成高精度的西安80坐标，后差分解算结果如表1所示：

表1 后差分解算结果

（2）生成DOM以及DSM。本实验使用的航空影像处理软件为Pix4Dmapper，这是一款专业的无人机影像处理软件，可以生产出高精度的DOM以及DSM。

4 精度分析

为了检验基于正射影像生成的地形图能否达到1：1000及以上的大比例尺测图要求，本实验在测区均匀选取了20个在影像上能够清晰辨认的特征地物点作为检查点。

（1）平面精度分析。本实验选取了20个平面检查点，各检查点的平面误差统计如表3所示，其中平面最小误差为0.05m，最大误差为0.25m。根据平面点位中误差计算公式可以计算出检查点的平面点位中误差。

表2 测区内检查点平面精度统计表

式中：n为检查点数量

根据公式（1）可以计算出，检查点的平面中误差为0.317m。根据《1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影测量内业规范》（GB/T7930-2008），平原地区1：500和1：1000的平面中误差限差分别为0.3m、0.6m，所以本次实验的平面中误差满足平原地区1：1000地形图测图要求但不满足1∶500地形图测图要求。

（2）高程精度分析

表3 测区内检查点高程精度统计表

本实验同样选取了20个高程检查点，其中高程最小误差为0.022m，最大误差为0.251m。根据高程中误差计算公式可以计算出检查点的高程中误差。

根据公式（2）可以计算出，检查点的高程中误差为0.176m。

5 结语

本文基于无人机后差分技术获得高精度的pos数据，通过Pix4Dmapper软件进行空中三角测量，生成了正射影像以及数字表面模型。通过将ArcGis在正射影像和数字表面模型上提取的检查点与实地量测的点分别进行平面以及高程的误差分析，得出以下结论：①使用无人机后差分技术，在7.1平方公里的测区范围内均匀布设10个像控点的情况下，平原地区平面精度可以满足1：1000比例尺的地形图测图要求，高程精度可以满足1：500比例尺的地形图测图要求。节省了外业工作量，为实际生产地形图提供了理论依据。②ArcGis软件可以在正射影像以及数字表面模型的基础上进行坐标和高程提取，为后期生产线划图做准备。

[1]金伟,葛宏立,杜华强,等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息 ,2009,(1)：10-13.