无人机航摄在房地一体项目中的关键技术探究和分析

陈春生

摘 要： 通过无人机航摄技术在房地一体测绘中应用，分析研究其关键技术，解决无人机航摄成图精度不足，为该技术推广提供参考。

关键词： 房地一体;像点位移;空三

【中图分类号】P273     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.052

0 引言

随着自然资源调查工作的逐渐深入，房地一体项目已在多省市逐一展开。农村房地一体中的常规1：500地形图测绘，工作量大，投入成本高。而采用倾斜摄影代替常规测量，可以大量减少工作量、降低成本，一直深受测绘单位青睐。但航摄的精度相对偏低，需要严格的技术干预和改进。本文就如何提高倾斜摄影成图精度，结合舒城县房地一体项目的实操情况，进行探究和分析。

1 倾斜摄影误差根源分析

1.1 硬件造成的误差。

无人机的轻便是优点，但也给倾斜摄影的精度带来了影响。为获得高精度数据，在舒城测区，尽可能选择晴好天气，内置RTK的无人机，是提高精度最直接的條件。倾斜摄影相机常为多镜头全画幅相机，镜头畸变大，尤其是边缘部分。虽可通过畸变参数纠正，但也会产生误差，且越往像片边缘，误差越大。为了提高精度，应加大像片重叠度。

1.2 像控、空三造成的误差。

目前，无人机基本没有配置高精度惯导装置，普通RTK主要进行定位导航。因此在获取相机曝光时间戳并记录位置时数据的误差就较大，需通过足量的像控测量后，经空三加密来进行误差改正。为减少像控测量工作量及后续工序的误差累积，应尽可能提高曝光瞬间像片的外方位元素精度。像控点的布设，一般通过喷漆划“十”字或“L”型符号。如使用黑白相间的标靶板，使得内业刺点更加精准，空三加密的精度也能提高。

1.3 像片分辨率和影像质量造成的误差。

无人机航摄成图，航控、像对、定向、采集等误差，都会传递并积累，影响图形精度。而诸多误差都与像片分辨率和影像质量有关。分辨率越高、影像质量越好，判读越准确，误差也越小。

2 提高成图精度的重要环节

提高航摄精度，需要通过减小误差，消除误差传导的根源来实施。在舒城县房地一体的试点区，通过减少镜头的畸变量影响、控制航片的外方位元素精度、增强航片像素质量、提高分辨率等来完成。

2.1 通过省网实时差分或架设基站事后差分。

考虑到实时差分信号的不稳定，在试点区采用架设基站，在无人机上搭载GPS，并标定好天线与相机中心位置的改正参数。在连续摄影同时记录相机每一帧照片曝光时间点，航飞结束后，通过差分解算出准确的位置，获取每张像片曝光时的高精度时空数据。尽管通过相机参数改正，曝光时间与GPS测量时间终究会有些误差，这也需要采用技术方法尽可能减小误差，使得两者能同步。

2.2 提高航摄像片质量。

像片的质量直接决定了地物点的判读准确性，尤其对于高精度的地形测量，必须选择成像清晰的高质量相机，晴好的航飞时间段。还需对相机参数进行优化，确保获取高质量像片。

2.3 提高影像地面分辨率。

像片的分辨率越高，在影像的匹配和判读时，精度就越高。但随着像片分辨率提高，航摄效率就会下降。根据试点区经验，在本次房地一体测绘中，地面分辨率应不大于1.5cm。因此，为保证测量的高精度，只能通过牺牲效率，赢得高精度。

2.4 减小像点位移，提高判读精度。

航摄的像点位移加大，会降低解析影像能力，最终影响判读精度。规范要求，像点位移最大不应大于1.5个像素，由公式 δ=vxt/GSD可知，像点位移和飞行速度、曝光时间正相关。所以需要在确保影像质量不下降的前提下，缩短曝光时间或减小航速。

2.5 提高航片重叠度。

航片重叠度越高，越有利于减少对像片边缘的利用，降低畸变纠正造成的的误差。规范要求，航向重叠度为60%～65%，旁向20%～30%。考虑到本项目中航摄俯仰、侧倾影响，航向、旁向重叠度均不小于70%。建筑密集区，可设计为80%～90%。当建筑高度大于航高1/4时，需采取交叉飞行增加冗余观测。

2.6 增加构架航线。

构架航线的布设有利于高程控制作用，也有利于减少像控点布设，可增强模型间连续性，提高空三精度。适当增加构架航线，也能够解决像控点的不足时的空三解算。

3 试点区情况总结及精度检查

3.1 试点区选择

本试点乡镇为舒城县柏林乡，面积约0.8平方公里。区域内高差约5米，测区内主要是居民地、水系、道路等，是县域内具有代表性的丘陵地区。

3.2 无人机及相机配置和数据采集

选择自带RTK的多旋翼无人机，飞行较稳定，能保证像点位移在1个 像素以内。相机选用4240万像素全画幅 Sony 机身，搭配成像质量较好的蔡司FE35mm 定焦镜头。

设计重叠度航向75%，旁向70%，构架航线位于主航线两端，东西方向为主航线。

通过差分解算软件对基站坐标数据、机载POS数据进行解算，最终得到精确的影像POS数据，坐标系为2000国家坐标系，因房地一体不需要准确高程，故直接使用椭球高。

空三加密选用 Smart 3D 软件。经过原始数据导入、相对定向、绝对定向、平差和最终输出结果。

3.3 精度检测

①检测点坐标检查。将解算好的空三结果导入三维建模软件系统，通过立体量测检查三维坐标，再通过RTK野外实采检测点坐标。

②精度统计。通过随机选择测区内156个均匀分布的地物点进行精度检测。点位平面位置中误差为0.072m，最大误差为0.141m;小于2倍中误差的检查点有19个，小于1倍中误差的检查点有132个。根据项目设计要求，采用倾斜摄影测量方法，界址点、房角点精度可参照二类，平面精度均满足相关规范要求。因房地一体项目对高程数据不做要求，故本次精度检查未涉及高程数据。

4 结束语

随着无人机倾斜摄影技术的飞速发展，其在大比例尺测图中的应用越来越广泛，尤其在全国各地的房地一体项目中，优势明显：（1）通过倾斜摄影技术进行房地一体测量，成本低、数据及时、准确。（2）倾斜摄影测量节约大量的外业人员，作业效率高，能极大地调节内、外业工作者协调配合，同时也解决了天气等因素造成的工作延误，把大量的外业工作量转化为内业工作量，极大地解放了外业工作者的劳动时间和工作强度。（3）房地一体项目需要逐宗地测绘，但农村很多家庭常年出外打工，家中无人值守，常规仪器无法入户测量，而倾斜摄影就解决了此类麻烦。

综上所述，只要对无人机倾斜摄影关键技术进行认真探索研究，提高成图的精度，在房地一体项目应用中一定会达到事半功倍效果。

参考文献

[1] 谭金石.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘，2015，38（5）：9-13.

[2] 朱庆.倾斜摄影测量技术综述[J].测绘与空间信息，2015，34（3）：178-182.