低空无人机像控点布设对空三精度的影响

李策

（华北理工大学，河北 邢台 055550）

1 引言

如今的《CH/T 3006-2011数字航空摄影测量控制测量规范》中只对传统的航空摄影像控点布设有明确的规范，而对现如今的数字摄影测量像控点布设还没有明确的要求，所以在布设像控点的过程中不能完全依照传统的布设方法，需要对以往的布设方法进行调整，在能保证空三精度的情况下，探索出最合理最高效的布点方案。本文将通过实验分别对目前最常用的四种不同的方案进行空三加密并进行相应的精度分析[1-2]。

2 试验设计

2.1 技术路线

利用低空无人机航测系统获取试验区的高分辨率遥感影像，在测区中间均匀选择20个特征地物点（斑马线、井盖、房角点等）作为检查点，并使用GPS-RTK技术对各检查点进行坐标量测，作为检查点的真实值。将影像导入Pix4Dmapper软件中，分别对不同的像控点布设方案进行空中三角测量，将内业计算得到的检查点坐标与外业量测的坐标作对比，计算其中误差，并分析其进行大比例尺测图的可行性，最后选取最佳的像控点布设方案。

2.2 试验区概况

试验区位于河北省唐山市曹妃甸区华北理工大学，试验区覆盖面积约2.3平方公里。人口比较集中，试验区以平地为主，楼房较多。坐标系统采用国家2000坐标，当地中央子午线为120°，飞行环境良好。

试验区共布设8条航线，相对航高为640m，平均地面分辨率为9.05cm，航向、旁向重叠均为70%。

3 空三加密

3.1 像控点布设方案

本次试验使用网络CORS对像控点及检查点进行量测，由于目前基于网络CORS的RTK测量像控点的平面和高程精度都可以达到5cm以内，所以在对像控点及检查点进行量测的过程中，可以同时量测像控点及检查点的平面坐标和高程。不需要完全根据规范进行平高像控点的布设[5]。本试验采用四种不同的像控点布设方式：

①测区四周各布设一个像控点。

②测区四周各布设一个像控点，中间布设一个像控点。

③采用密周边布点，在测区四周均匀布设像控点，本试验每隔大约400m布设一个像控点。

④按照航带布设像控点，沿航向每隔8个基线布设一个像控点，旁向每隔1个航带布设像控点。

3.2 精度对比

经计算得出，方案①的检查点的平面中误差为0.184m，其中平面最小误差为0.008m，平面最大误差为0.281m；方案②的平面中误差为0.153m，其中平面最小误差为0.005m，平面最大误差为0.211m；方案③的平面中误差为0.102m，其中平面最小误差为0.005m，平面最大误差为0.198m；方案④的平面中误差为0.054m，其中平面最小误差为0.004m，平面最大误差为0.176m。

各方案的检查点高程误差统计如表1所示：

使用Pix4Dmapper软件分别对三种布设方案进行空三加密，本试验在测区中间均匀选取了20个特征地物点作为检查点，将内业计算得到的检查点坐标与外业量测的坐标做对比，得到了每种方案的误差统计。

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1 检查点高程误差统计

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。

经计算得出，方案①的高程中误差为0.376m，其中高程最小误差为0.009m，高程最大误差为0.775m；方案②的高程中误差为0.151m，其中高程最小误差为0.005m，高程最大误差为0.311m；方案③的高程中误差为0.122m，其中高程最小误差为0.007m，高程最大误差为0.252m；方案④的高程中误差为0.050m，其中高程最小误差为0.004m，高程最大误差为0.201m。

根据《1：500、1：1000、1：2000 地形图航空摄影测量内业规范》（GB/T 7930-2008），平原地区 1：500 的平面中误差限差为0.3m，1：500 和 1：1000 的高程中误差限差均为 0.2m，1：2000的高程中误差限差为0.4m。所以在本试验中各方案的平面精度均能达到1：500地形图测图要求，其中方案①、②、③的高程精度能满足1：500的地形图测图要求，方案④的高程精度能达到1：2000的地形图测图要求。

4 结论

本试验选取了4种目前航空摄影最常用的像控点布设方法，使用低空无人机对唐山市曹妃甸区华北理工大学进行了航空摄影，使用Pix4Dmapper分别对这四种方案进行了空三加密，对每种方案的空三成果进行了精度分析，并对每种方案之间分别进行了平面以及高程的精度对比，最终对于本试验得出了以下结论：

第一，本试验选取的4种像控点布设方案均满足平地地区大比例尺测图要求。

第二，在这4种像控点布设方案中，方案④的精度最高，其次是方案③、方案②，方案①的精度最低。

第三，在平面精度上，方案②略高于方案①，但在高程精度上方案②远远高于方案①，说明在测区四周各布设一个像控点的基础上，在中间补加一个像控点可以大大提高测区的高程精度。方案③相比与方案②平面精度略有提高，提高幅度并不明显，高程精度基本相当。

第四，方案④不但在精度上是最高的，而且在工作量上也适中，既保证了精度，同时又提高了作业效率，所以就本试验来看，按照航带布设像控点，沿航向每隔8个基线布设一个像控点，旁向每隔1个航带布设像控点（根据测区实际情况可以适当改变基线以及航带相隔数量）是最佳的像控点布设方案，为实际生产地形图提供了理论依据。

第五，为了充实实验的全面性，建议在山区对各像控点布设方案做更多的实验，同时也可以适当改变基线相隔数量以及航带相隔数量并分别验证其精度。