無人機后差分在大比例尺地形測繪中的應用研究

李紅陽，李 策

（華北理工大學，河北 唐山 063210）

隨著科學技術的發展，后差分技術逐漸運用到無人機地形圖測繪當中。本文將通過實驗來驗證經過后差分解算的pos數據參與平差，在測區范圍較大且像控點數量較少的情況下是否能滿足1：1000及以上的大比例尺測圖要求。

1 后差分GPS輔助空三原理

后差分GPS技術輔助空三是將GPS差分技術與無人機的GPS慣導結合起來。無人機飛行過程中利用載波相位差分技術同時記錄機載GPS數據以及基準站的GPS數據。基準站架設在已知點上，設置為靜態模式，采樣間隔一般設置為0.1s，最后通過相應的后差分軟件將機載GPS數據與基準站采集的數據進行聯合解算，再通過提前計算好的七參數，解算出高精度的航片空間位置坐標，進而通過空三處理得到地物精確的空間位置信息。

2 應用實例

（1）無人機系統簡介。本實驗使用的是中海達iFLY U5固定翼無人機，該無人機為彈射式起飛，定點傘降式降落。其特點是單架次作業面積大、續航時間長、擁有良好的抗風性，這樣能使無人機保持較穩定的姿態，確保航測數據采集的精確度。

（2）測區概況。測區位于遵化市西約30公里處的石門鎮，測區覆蓋面積約7.1平方公里。居民比較集中，屬于平原區，最大高差約50m。當地坐標系統使用1980西安坐標系，高程系統為1985國家高程基準，中央子午線為117°，飛行環境良好。

（3）布設像控點。由于后差分技術可以在一定程度上減少像控點的布設，本實驗在7.1平方公里的范圍內布設了10個像控點，確保像控點在測區內均勻分布。每布設完一個像控點使用RTK對像控點進行平滑采集并對其位置進行拍照，以方便后期內業的刺點工作。

（4）航空攝影。提前在谷歌地球軟件里面規劃好測區范圍并生成kml文件，到達測區現場后將已保存的kml文件導入到中海達iFLY U5地面站里面，本次飛行設計的地面分辨率為4.34cm，在此地面分辨率下對應的航高為320m。最后地面站自動生成航線。

3 數據處理

（1）后差分解算。后差分解算主要是基于無人機后處理軟件UAV-PPK軟件進行解算的。UAV-PPK軟件是一款運行于桌面端的無人機后處理RTK軟件，能提供高精度的空間定位。后差分完成后相機曝光點均顯示綠色，說明整周模糊度達到了固定解，定位精度較好。最后，通過在“坐標系統轉換”選項里輸入的七參數將pos初始的WGS84坐標轉換成高精度的西安80坐標，后差分解算結果如表1所示：

表1 后差分解算結果

（2）生成DOM以及DSM。本實驗使用的航空影像處理軟件為Pix4Dmapper，這是一款專業的無人機影像處理軟件，可以生產出高精度的DOM以及DSM。

4 精度分析

為了檢驗基于正射影像生成的地形圖能否達到1：1000及以上的大比例尺測圖要求，本實驗在測區均勻選取了20個在影像上能夠清晰辨認的特征地物點作為檢查點。

（1）平面精度分析。本實驗選取了20個平面檢查點，各檢查點的平面誤差統計如表3所示，其中平面最小誤差為0.05m，最大誤差為0.25m。根據平面點位中誤差計算公式可以計算出檢查點的平面點位中誤差。

表2 測區內檢查點平面精度統計表

式中：n為檢查點數量

根據公式（1）可以計算出，檢查點的平面中誤差為0.317m。根據《1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影測量內業規范》（GB/T7930-2008），平原地區1：500和1：1000的平面中誤差限差分別為0.3m、0.6m，所以本次實驗的平面中誤差滿足平原地區1：1000地形圖測圖要求但不滿足1∶500地形圖測圖要求。

（2）高程精度分析

表3 測區內檢查點高程精度統計表

本實驗同樣選取了20個高程檢查點，其中高程最小誤差為0.022m，最大誤差為0.251m。根據高程中誤差計算公式可以計算出檢查點的高程中誤差。

根據公式（2）可以計算出，檢查點的高程中誤差為0.176m。

5 結語

本文基于無人機后差分技術獲得高精度的pos數據，通過Pix4Dmapper軟件進行空中三角測量，生成了正射影像以及數字表面模型。通過將ArcGis在正射影像和數字表面模型上提取的檢查點與實地量測的點分別進行平面以及高程的誤差分析，得出以下結論：①使用無人機后差分技術，在7.1平方公里的測區范圍內均勻布設10個像控點的情況下，平原地區平面精度可以滿足1：1000比例尺的地形圖測圖要求，高程精度可以滿足1：500比例尺的地形圖測圖要求。節省了外業工作量，為實際生產地形圖提供了理論依據。②ArcGis軟件可以在正射影像以及數字表面模型的基礎上進行坐標和高程提取，為后期生產線劃圖做準備。

[1]金偉,葛宏立,杜華強,等.無人機遙感發展與應用概況[J].遙感信息 ,2009,(1)：10-13.