基于GNSS后差分技術航測系統在大比例尺地形圖測繪中的應用

李勇

（新疆維吾爾自治區第二測繪院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

無人機低空遙感作為一種新型高效的影像獲取技術，具有使用便捷、機動靈活、時效性強等優勢，是衛星遙感和大飛機航空攝影的有力補充［1］。目前，輕小型無人機在農村土地確權、災害應急監測、自然資源調查、國土空間規劃、礦山測繪等領域應用廣泛［2-4］，正逐步成為獲取空間地理信息的重要手段。

GNSS輔助航空攝影測量在測繪行業有著重要地位，尤其是GNSS 后差分技術的逐漸成熟與應用，為航空攝影測量提供了更加高效的手段[5]。無人機后差分技術的特點是能夠獲取高精度的攝站點三維坐標，用高精度的POS 數據輔助空三加密，可減少野外像控點數量，提高工作效率，降低作業成本[6-7]。本文基于GNSS 后差分技術，用CW-30 大鵬無人機進行大比例尺測圖，研究GNSS 后差分輔助空三的像控點布設方案和GNSS后差分輔助空三加密技術流程，為無人機完成大比例尺航空攝影測量提供依據。

2 CW-30 大鵬簡介

CW-30 大鵬垂直起降固定翼無人機采用油電混合動力，性能穩定，攜帶方便，續航能力和任務載荷能力強，在城市規劃、災害監測、水利設計、文物保護等領域有著重要作用。CW-30 無人機參數如表1 所示。

3 項目應用

3.1 航攝計劃

航測設備采用CW-30 固定翼無人機搭載尼康D810相機，并配套PPK 模塊一體作業。測區面積約4.782km2，成圖比例尺為1∶1000，平面坐標系統采用2000 國家大地坐標系，中央子午線為東經114°，高程系統采用1985 國家高程基準。航攝范圍和航線示意圖如圖1 所示，航攝技術參數如表2 所示。

表1 CW-30無人機參數

圖1 航攝范圍及航線示意圖

表2 CW-30航攝技術參數

3.2 數據獲取

航測工作中，兼顧測圖精度和生產成本，通過改變布點的航向間隔和旁向間隔設置最佳像控點布設方案，根據測區實際規劃航線，設置合適的飛行高度和影像重疊度等參數，按航線飛行獲取影像數據。

3.3 數據處理

數據處理包括坐標影像數據預處理、空三加密和數字化產品制作。

3.3.1 坐標影像數據預處理

檢查坐標影像和POS 坐標文件的完整性和邏輯一致性，將POS 數據大地坐標轉換為CGCS2000 坐標，利用航空攝影測量軟件對航測影像進行畸變改正、勻光勻色和影像匹配等預處理。

3.3.2 GNSS 后差分POS 輔助空三

后差分POS 輔助空三技術流程：航測數據經過畸變改正、坐標轉換、刺像控點后，通過GNSS 后差分輔助區域網平差等處理，計算出每張像片的位置、姿態等6 個外方位元素，完成空三加密。輸出加密成果后檢查所有像控點的精度和模型連接差。技術流程如圖2 所示。通過采集密集控制點進行空三區域網平差，解算每張像片設站坐標以此作為真值，與初始POS 和后差分POS 對比，精度分析統計如表3 所示。

圖2 空三加密處理流程

表3 后差分POS精度分析統計（單位：m）

3.3.3 數字化產品制作

數字化產品生產包括DEM、DOM、DLG 制作。使用無人機低空遙感數據處理軟件進行照片對齊、自動像點匹配、不合格點剔除、照片深度匹配、建立密集點云、生成網格和紋理等，獲得高密度點云、高分辨率DOM 和DEM（如圖3 所示）。然后利用高密度點云生成等高線和高程點，疊加正射影像、DEM 采集地物，進行等高線編輯、地物繪制地形圖生產（如圖4 所示）。

圖3 DEM和DOM成果

圖4 DLG線劃圖成果

3.4 數據檢核與精度分析

根據《數字航空攝影測量空中三角測量規范》（GB/T 23236—2009）的相關規定，我國現行空中三角測量區域網平差誤差標準如表4 所示。

表4 丘陵地區基本定向點殘差、檢查點誤差、公共點較差最大限值（單位：m）

檢查點的平面中誤差、高程中誤差按公式（1）計算：

公式（1）中，m1為檢查點中誤差，Δ 為檢查點野外實測值與解算值誤差，n 為參與評定精度的檢查點數。

依據相關規范要求，在測區均勻 選取50 個有明顯特征的地面檢核點，包括房角、道路、干溝、池塘等地物設施，對不引入控制點的空三加密成果進行誤差統計，平面位置誤差檢查方法主要是在DOM 數據上采集平面坐標，高程誤差則通過三維模型采集高程值。最后與實地采集的坐標進行對比，分別計算平面位置中誤差與高程中誤差。坐標檢核統計如表5 所示，計算結果如表6 所示。

表5 坐標檢核統計表（單位：m）

表6 坐標精度統計表（單位：m）

結果顯示，根據《基礎地理信息數字成果1∶500、1∶1000、1∶2000 數字線劃圖》，在平地、丘陵地區，1∶1000 比例尺的DOM 明顯地物點的平面位置中誤差不應大于0.6m，DEM 檢核點的中誤差不應大于0.2m，在不引入控制點情況下生成的正射影像圖和三維模型精度完全滿足規范要求，中誤差及最大誤差均沒有超過限差值，滿足大比例尺測圖要求。

4 結語

本文將GNSS 后差分技術應用于CW-30 大鵬固定翼無人機航測，并進行GNSS 后差分輔助空中三角測量試驗，得出結論：（1）CW-30 大鵬無人機航測采用GNSS 后差分輔助空中三角測量的結果能滿足1∶1000 成圖比例尺的空三精度要求。（2）GNSS 后差分輔助空三的方法極大減輕了像控點野外測量工作量，縮短了航攝到完成加密的時間，提高了效率，節約了成本。