關于無人機航測系統外業像控的探討

桂海鵬

摘 要：隨著科學技術的進步，無人機航測近年來發展迅速。本文通過介紹無人機航測系統的構成與工作原理，對無人機航測外業控制與成圖精度進行闡述，并對其實際應用情況和未來發展方向做出展望。

關鍵詞：無人機 外業像控 成圖精度

中圖分類號： 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

近年來，隨著科學技術在航天測繪領域的運用，固定翼輕型無人飛機技術和GPS自動駕駛技術的發展已經日益成熟，因而將無人飛機技術與測繪有機結合并運用在航空攝影的設想也變為了現實。在獲取應急數據、小區域低空測繪方面，無人機航測有著獨特的優勢。本文通過介紹無人機航測系統的構成與原理，對無人機航測系統外業像控制與成圖精度進行闡述，并列舉了無人機航測系統在實際中的應用情況，對未來的相關研究方向做出展望。

1 無人機航測系統的構成與原理

1.1 無人機航測系統的構成

無人機，顧名思義，就是不載人飛機，它以無人駕駛器為基礎，通過操縱無線電遙控設備和相關的程序控制裝備來實現飛行。在無人機上裝有用于拍攝的數碼相機，借助特定的軟件可以對航測所得的數據進行處理和分析。無人機航測系統一般由飛行操控系統和地面配套設備兩大主要部分構成，它們各司其職、相互協作，共同完成無人機航測任務。其中，飛行操控系統中包含垂直陀螺、GPS接收天線、微處理器，地面配套設備則包含了數據接收終端和數據處理終端以及遙控設備。

1.2 無人機航測系統的原理

無人機航測系統在進行航拍時，飛機的各種角度如俯仰、翻滾等都由垂直陀螺來測量。將垂直陀螺與微處理技術有機結合后便可以在自由飛行時使飛機處于接近水平的狀態。在無人機航測系統進行測量的過程中，因為機載通訊設備上裝有攝像頭，所以數據接收終端能夠及時地接收由機載通信設備獲取的影像信息和位置數據。這樣一來，位于地面的操控中心就可以根據所獲取的信息準確地監測飛機的飛行狀況，掌握拍攝狀況，若航向偏移或飛行姿態出現問題，也可及時地進行修正。最后，數字攝影測量工作站會根據具體情況對獲取的影像資料做出適當的處理，以滿足使用的需求。

2 無人機航測系統外業像控點布設與精度分析

2.1 無人機航測系統外業像控點布設

利用無人機航測系統進行航攝外業布點一般包含全野外布點和非全野外布點兩種形式。利用前者所布設的像控點具有精度高的特點，但是測量工作量巨大，所以使用的比較少；使用后者布設則是通過測定少量控制點作為內業加密的基礎，具有效率高的特點，能夠極大地減輕外業工作量，是目前使用最多最普遍的布點方式。

在利用無人機進行航測時，像控點的布設對于后續精度的分析有十分重要的作用。若在布設外業像控點時，根據其稀疏程度有四種方案。第一種是在測區的四個角落各布設一個測控點，總共布設四個；第二種是將十二個測控點平均布設在三排，每排四個；第三種是將十六個測控點平均布設在四排，每排四個；最后一種是將二十八個測控點平均布設在七排，每排四個。那么通過測算檢查點與加密點之間的精度就可以評價出一個測區平差結果。

2.2 無人機航測系統外業像控點精度分析

2.2.1 精度分析指標

對無人機航測系統外業像控點精度進行分析時一般會使用誤差統計的方法，對各個測試模型中平差后控制點的檢查點的精度進行統計和分析。在使用誤差分析法時常有的指標有五個，分別為：平均數、標準差、中誤差、粗差剔除和最大值。首先，平均值是對樣本平均值的估算，其公式為： ；然后是標準差，標準差是估算出總體的標準偏差，以平均值為參照標準反應離散程度，標準差的公式為 。其次，中誤差的計算是在同一觀測條件下對一組真誤差平方中數求平方根，求中誤差公式 中，m的單位為米，是檢查點的中誤差值，n是需要評定精度的所有檢查點的數量之和，△單位為米，是對檢查點進行野外實測后所得數值與計算值的誤差。再次，進行粗差剔除時一般以正態分布為標準，使用觀測值的95%概率對誤差做粗差剔除。最后，最大值的選取一般是建立在粗差剔除基礎上的，將已經完成粗差剔除的控制點和檢查點進行對比，數值大的將被視作最大值。

2.2.2 精度分析注意事項

在對無人機航測系統外業像控的精度進行分析時應注意要滿足航測內業的精度要求。若無法達到航測內業精度的要求，可在對測區的自由網進行平差后，通過向外業加入控制點，其平面精度就可以達到1：2000，接近1：1000的航測內業精度要求。對平原地區和丘陵地貌，需使用高程野外實測，否則在控制點增加的情況下，平面精度和高程精度的改善都很微小，無法滿足對平原和丘陵的高程精度要求。

3 無人機航測系統的應用

無人機航測系統成像分辨率高、成像清晰、操作簡單，因此被廣泛地應用在各個領域。無人機航測系統可以用來監測自然災害。我國地形復雜，氣候多變，各種類型的自然災害頻發，使用無人機航測系統能夠對自然災害做出及時地防范，對災害造成的損失和傷亡人數等可以做出較準確的調查，同時對災后評估和救援也起到輔助作用。測繪部門可使用無人機航測系統進行國土測繪，測制大比例尺土地利用圖，對地形圖進行實時修訂，對相關數據進行查漏補缺等。國土資源部門還可以利用無人機航測系統將監測區域內的違規占用耕地、破壞生態環境等違法行為相關影像資料作為處理依據。我國在對面積狹小、地勢偏遠、分布零散的眾多小城鎮進行規劃時所使用的常規航空攝像形式，會浪費大量不必要的人力和物力，同時還會受到復雜地形的限制，若使用無人機航測系統則可以極大地降低成本，提高效率，為制定規劃圖提供可靠、有效的數據。此外，無人機航測系統還能被應用在水利水電行業中。由于我國水利水電開發環境都十分險峻，人工測量的方式無法克服環境因素帶來的困難，所以無人機航測便于為水利水電工程提供選址服務，也便于對施工的進度進行監測。使施工變得安全、可靠、有保障。例如，我國江蘇省水利科學研究院首次引進了無人機監測系統，能夠有效克服天氣等不利因素，并彌補了傳統衛星遙感周期長、時效性差、精確度較低的缺陷，水利測繪作業帶來了極大的便利。

4 結語

無人機航測系統操作簡單、靈活機動的特點使其得以迅速發展和廣泛應用，幫助各行各業解決了很多實際問題，提高了工作效率。但是無人機航測系統在很多方面也有明顯的不足。今后，應該注重在原有網絡通信基礎上增加中、低頻無線電通信功能，以便消除通信死角；逐步取代GPRS，利用傳輸速度更高的系統向服務器傳輸數據；用主頻更高的ARM芯片取代STC單片機，避免在數據包發送過程中將某些關鍵字節忽略掉；改良和設計出體積更小、更便于無人機攜帶的PCB電路板，減輕無人機荷載；使用組合導航代替目前被普遍使用的單點GPS定位系統，從而提高精度，縮小測量位置與實際位置的偏差；完善無人機航測線路規劃算法，充分考慮各種因素，設計更加合理的航線。這些都是未來無人機航測系統改進的方向，只有不斷完善，才能不斷提高，才能更好地服務于社會。

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