無人機(jī)航測(cè)像控點(diǎn)布設(shè)方法分析與探索

唐麗

摘? 要：文章先分析了像控點(diǎn)的布設(shè)方案，包括全野外和非全野外布點(diǎn)，隨后介紹了項(xiàng)目概況及布設(shè)像控點(diǎn)，包括項(xiàng)目概況、選取像控點(diǎn)、布設(shè)像控點(diǎn)，最后介紹了外業(yè)像控點(diǎn)精度，包括采集外業(yè)像控點(diǎn)，精度統(tǒng)計(jì)分析，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);航測(cè);像控點(diǎn)

中圖分類號(hào)：P231? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）24-0128-02

Abstract： This paper first analyzes the layout scheme of the image control points， including the whole field and the non-whole field， and then introduces the general situation of the project and the layout of the image control points， including the general situation of the project， the selection of the image control points and the arrangement of the image control points. Finally， the accuracy of field image control points is introduced， including the collection of field image control points， accuracy statistical analysis， in the hope providing effective reference for the relevant parties.

Keywords： UAV; aerial survey; image control point

引言

無人機(jī)的遙感技術(shù)是當(dāng)下采集數(shù)據(jù)信息的主要渠道之一，這種方法的應(yīng)用機(jī)動(dòng)較為靈活、高效快速、成本低廉，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)字城市規(guī)劃、城市建設(shè)、更新地圖、土地利用、公路工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。在無人機(jī)航測(cè)中，攝像像控點(diǎn)的布設(shè)能夠?qū)Τ蓤D精度產(chǎn)生直接影響，為此需要充分結(jié)合項(xiàng)目航測(cè)的實(shí)際目標(biāo)合理選擇布點(diǎn)。

1 像控點(diǎn)的布點(diǎn)方案

1.1 全野外布點(diǎn)

全野外布點(diǎn)主要是正射投影作業(yè)，內(nèi)業(yè)測(cè)圖定向以及相應(yīng)的糾正作業(yè)中的控制點(diǎn)都是通過外業(yè)測(cè)定像控點(diǎn)布點(diǎn)方案。這種像控點(diǎn)布設(shè)方案擁有良好的精確度，但是在實(shí)施過程中，整個(gè)工作量相繼加大，只有在成圖比例較大的情況下或精度要求比較高的情況下應(yīng)用[1]。

1.2 非全野外布點(diǎn)

非全野外布點(diǎn)即通過對(duì)空中三角測(cè)量所得到的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)解析，從而獲得糾正作業(yè)以及內(nèi)業(yè)測(cè)圖定向中所需要的各種像控點(diǎn)。野外測(cè)定中只會(huì)對(duì)少數(shù)的像控點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并將其當(dāng)做內(nèi)業(yè)加密基礎(chǔ)，這種布點(diǎn)方案能夠進(jìn)一步降低野外工作量，提升工作效率，將航測(cè)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，按照構(gòu)網(wǎng)方法的不同，可以分成區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)、航帶法布點(diǎn)這兩種方案。

其中航帶像控點(diǎn)布設(shè)方法還可以細(xì)分成五點(diǎn)法、八點(diǎn)法以及六點(diǎn)法，其中六點(diǎn)法主要是按照各段航帶網(wǎng)中的中央像控點(diǎn)和兩端像控點(diǎn)，在其上下的旁向重疊區(qū)間內(nèi)設(shè)置對(duì)平高點(diǎn)。八點(diǎn)法即在各段航帶網(wǎng)中設(shè)置八種平高控制點(diǎn)，如果各段的航帶網(wǎng)整體長(zhǎng)度不滿足最大長(zhǎng)度范圍內(nèi)三分之四的要求，同時(shí)又超出二分之一的短航帶網(wǎng)，可以按照五點(diǎn)法進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)工作。而六點(diǎn)法主要可以在高地和山地等領(lǐng)域中應(yīng)用，在丘陵和平地區(qū)域則主要使用五點(diǎn)法進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)工作。

區(qū)域網(wǎng)像控點(diǎn)主要是在區(qū)域網(wǎng)周圍設(shè)置平高點(diǎn)。具體包括三種布點(diǎn)方案，分別是密周邊布點(diǎn)、品字型布點(diǎn)和正規(guī)布點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)操作過程中，通常需要結(jié)合航測(cè)目標(biāo)的大小范圍和地形特點(diǎn)制定合理的布點(diǎn)方案，同時(shí)還可以聯(lián)系各種方法共同使用。對(duì)于一些航測(cè)結(jié)合區(qū)域，島嶼、水域、旁向重疊以及航向重疊不夠的特殊狀況，需要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行操作。

2 項(xiàng)目概況及布設(shè)像控點(diǎn)

2.1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目是一項(xiàng)改造項(xiàng)目，從馬關(guān)和屏邊的交界點(diǎn)新橋河，到西疇縣的興街鎮(zhèn)，整體路線長(zhǎng)度是133公里。測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的地勢(shì)狀況較為復(fù)雜，存在較大的高差，東南低、西北高，項(xiàng)目需要提供各個(gè)分段總拼圖，1：2000的地形圖，圖中等高距為2米，成圖寬度不能低于400米。通過對(duì)較為復(fù)雜的地形進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，并結(jié)束實(shí)地勘查工作后，發(fā)現(xiàn)被測(cè)區(qū)域內(nèi)的森林覆蓋面積較大，特征點(diǎn)不多，同時(shí)在部分區(qū)域中還無法發(fā)現(xiàn)突出的地物標(biāo)志來設(shè)置地標(biāo)，整體來看操作難度較大，為此需要通過實(shí)地人工布設(shè)像控點(diǎn)方法進(jìn)行施工，并對(duì)范圍內(nèi)的航飛控制點(diǎn)進(jìn)行全面采集[2]。

2.2 選取像控點(diǎn)

非全野外的像控點(diǎn)布設(shè)方案可以通過以下兩種方法實(shí)施：第一是在航飛后，結(jié)合影響尋找特征點(diǎn)，并深入實(shí)地范圍內(nèi)采集像控點(diǎn)，這種方法適合應(yīng)用到地物特征較為明顯，同時(shí)整體高差較大的環(huán)境當(dāng)中，能夠有效節(jié)省生產(chǎn)成本和時(shí)間成本。第二種方法是在開始航飛前，可以先深入實(shí)地進(jìn)行布設(shè)，并對(duì)當(dāng)?shù)靥卣鼽c(diǎn)進(jìn)行全面采集，等待航飛后，結(jié)合影像內(nèi)特征點(diǎn)采集像控點(diǎn)。這種方法對(duì)于沒有明顯特征的森林茂密區(qū)域、人類涉足少以及無明顯地物特征的測(cè)區(qū)較為有效，廣泛應(yīng)用于作業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中。本次測(cè)區(qū)主要是位于山區(qū)，呈一種帶狀地形，測(cè)區(qū)中的森林較為茂盛，為此可以使用第二種像控點(diǎn)布設(shè)方案。

開始野外作業(yè)前，利用GOOGLE EARTH實(shí)施模擬航飛，并初步確定像控點(diǎn)的分布位置，第一對(duì)測(cè)區(qū)整體進(jìn)行合理規(guī)劃，按照布設(shè)要求設(shè)置像控點(diǎn)。第二是選取像控點(diǎn)，會(huì)影響內(nèi)業(yè)加密分析結(jié)果，如果直接在外業(yè)中布點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)像控點(diǎn)設(shè)置不均的問題，降低空三解算的精度，增加內(nèi)業(yè)成圖難度，降低內(nèi)業(yè)成圖質(zhì)量。第三先預(yù)選像控點(diǎn)，并實(shí)施實(shí)地布設(shè)，不但能夠減少作業(yè)成本，同時(shí)還可以有效減少外業(yè)時(shí)間。

選取像控點(diǎn)的過程中，還需要結(jié)合布點(diǎn)要求實(shí)施，把布點(diǎn)方案和像控點(diǎn)布設(shè)方案有機(jī)結(jié)合起來，挑選比較突出的目標(biāo)點(diǎn)和方便辨認(rèn)的地物目標(biāo)，在通視狀況良好的區(qū)域布設(shè)像控點(diǎn)。布設(shè)標(biāo)志需要擁有良好對(duì)空視角，避免其受到樹木和建筑物的遮擋。布設(shè)標(biāo)志不能出現(xiàn)太大的黑白反差，一些弧形地物和帶有陰影的地物無法充當(dāng)控制點(diǎn)目標(biāo)。控制點(diǎn)選擇還需遵守以下幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：第一是盡量在航向的旁向重疊公共范圍內(nèi)選擇，進(jìn)而保證航向重疊的公用性。第二是在旁向重疊因整體范圍過小或過大，導(dǎo)致無法滿足具體需求時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行分別布點(diǎn)。第三控制點(diǎn)和相片邊緣的距離需要控制在1.5厘米左右，和相片標(biāo)志之間的距離不低于1毫米。第四，在自由圖邊緣的控制點(diǎn)，需要在圖郭線的外部設(shè)置。

2.3 布設(shè)像控點(diǎn)

像控點(diǎn)的外業(yè)設(shè)置和內(nèi)業(yè)規(guī)劃的具體步驟包括以下幾點(diǎn)：第一，把發(fā)包單位給出的比例尺為1：5萬的項(xiàng)目施工路線平面方案圖，引入至GOOGLE EARTIH當(dāng)中，并在此處范圍內(nèi)需要先把項(xiàng)目路線的平面方案圖從DWG的格式轉(zhuǎn)化成一種KML格式，隨后導(dǎo)入到GOOGLE EARTH當(dāng)中。第二在谷歌地球中進(jìn)行模擬飛行，結(jié)合像控點(diǎn)的設(shè)置要求，可以先簡(jiǎn)單粗略地布設(shè)像控點(diǎn)，該測(cè)區(qū)中的控制點(diǎn)需要將間距控制在六百米到八百米之間，設(shè)置成品字型，在結(jié)束布設(shè)工作后，可以將KML文件導(dǎo)出。第三，把KML文件導(dǎo)入到移動(dòng)手機(jī)設(shè)備當(dāng)中，利用外業(yè)平板內(nèi)谷歌地球或奧維互動(dòng)地圖，實(shí)地考察外業(yè)中的像控點(diǎn)預(yù)設(shè)位置，并尋找較為明顯的特征點(diǎn)或布設(shè)地標(biāo)。

像控點(diǎn)布設(shè)具體方式如下：第一是帶狀測(cè)區(qū)的整體寬度是400米，通過區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行布點(diǎn)工作，測(cè)區(qū)中的像控點(diǎn)間距不能超出600到800米的范圍，對(duì)于一些作業(yè)難度較大的區(qū)域，可以適當(dāng)放寬。將像控點(diǎn)布置成品字型，保證各個(gè)控制點(diǎn)成為一種有機(jī)整體。挑選像控點(diǎn)的過程中，還需要考慮到布點(diǎn)方面的要求，并充分結(jié)合布點(diǎn)方案和像控點(diǎn)設(shè)置方案，選擇擁有良好通視性，同時(shí)可以準(zhǔn)確辨認(rèn)的目標(biāo)點(diǎn)和地物點(diǎn)。第三通常情況下，航測(cè)的理想目標(biāo)是接近水平和直角地物拐角以及線狀地物交點(diǎn)上，尤其是一些固定的道路和田角的交叉口是像控點(diǎn)選擇中的首選理想目標(biāo)。在一些樹林茂密，而人類活動(dòng)又比較少的區(qū)域，可以在通視狀態(tài)良好、對(duì)空視角優(yōu)良的平坦區(qū)域內(nèi)設(shè)置地標(biāo)，此次野外布設(shè)地標(biāo)在綠色植被背景下，對(duì)比較為明顯，可以使用攜帶方便的白色布條來設(shè)置地標(biāo)。

3 外業(yè)像控點(diǎn)精度

3.1 采集外業(yè)像控點(diǎn)

結(jié)合初選的控制點(diǎn)對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)對(duì)平高點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行采集。在采集外業(yè)像控點(diǎn)的過程中，需要根據(jù)先控制后碎部以及先整體后局部的基礎(chǔ)原則實(shí)施，在加密點(diǎn)和首級(jí)控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過GPS RTK方法對(duì)像控點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行采集。

測(cè)量像控點(diǎn)步驟如下：第一，創(chuàng)建基準(zhǔn)站，盡量選擇在交通便利、視野開闊和地勢(shì)高的區(qū)域架設(shè)基準(zhǔn)站，比如測(cè)區(qū)中的最高點(diǎn)或中央?yún)^(qū)。第二，對(duì)各種數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，將測(cè)區(qū)中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化參數(shù)解析出來。通過七參數(shù)法來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，包含一個(gè)尺度參數(shù)比、三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和三個(gè)平移坐標(biāo)參數(shù)。第三，在開始測(cè)量前，需要先對(duì)其中一到兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)已知成果和測(cè)定坐標(biāo)進(jìn)行比較，判斷RTK檢測(cè)精度，在其滿足基礎(chǔ)要求后，才可以在控制點(diǎn)中創(chuàng)建RTK流動(dòng)站，并采集像控點(diǎn)。第四，在測(cè)量過程中，測(cè)量地標(biāo)點(diǎn)即測(cè)量地標(biāo)布設(shè)中心，特征點(diǎn)即對(duì)斑馬線直角道路點(diǎn)、墻角、平房房角、建筑物拐點(diǎn)等地物特征進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)需要注意該處為了方便內(nèi)業(yè)人員進(jìn)行繪圖和判讀工作，在測(cè)量特征點(diǎn)的過程中，需要為控制點(diǎn)拍攝兩張照片，一個(gè)是能夠?qū)⑾窨攸c(diǎn)位置準(zhǔn)確反映出來的近景圖，而另一個(gè)是能夠看出像控點(diǎn)周圍狀態(tài)的遠(yuǎn)景圖。第五，在結(jié)束像控點(diǎn)采集任務(wù)后，需要精確評(píng)定各個(gè)像控點(diǎn)，在采集像控點(diǎn)的過程中，還需要對(duì)首級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，并將收集的坐標(biāo)和現(xiàn)有坐標(biāo)之間進(jìn)行對(duì)比分析，如果兩者之間的平高點(diǎn)誤差小于0.5米，在一些困難區(qū)域可以適當(dāng)放寬，低于1米，提高像控點(diǎn)精確度。第六，等待結(jié)束航飛后，像控點(diǎn)刺點(diǎn)，對(duì)控制點(diǎn)整理后，將其提交上去，并記錄下具體的成果。

3.2 精度統(tǒng)計(jì)分析

檢測(cè)精度的過程中，在外業(yè)實(shí)際采集到的各種高程點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)地形圖實(shí)施精確檢查，并通過分析誤差精度，對(duì)指標(biāo)誤差值進(jìn)行詳細(xì)分析。通過精度分析后可以發(fā)現(xiàn)，高程誤差為0.096米，低于0.1米的界限，沒有超出1：2000成圖地形圖中像控點(diǎn)高程的誤差界限。通過谷歌地球進(jìn)行模擬航飛，在公路改造工程中預(yù)設(shè)像控點(diǎn)，能夠提高成圖精確度[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在上述航測(cè)實(shí)踐案例中，針對(duì)一些測(cè)量難度較大的區(qū)域，開始航飛前，可以先通過人工方法布設(shè)像控點(diǎn)，在結(jié)束航飛工作后，可以結(jié)合特征點(diǎn)像控點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，通過模擬航飛，針對(duì)高速公路實(shí)施改造和建設(shè)的像控點(diǎn)布設(shè)工作，在提高成圖精度的同時(shí)，降低外業(yè)工作量，降低生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫克紅，劉陽燕.帶狀地形無人機(jī)航測(cè)中像控點(diǎn)布設(shè)對(duì)空三精度影響的研究[J].西部大開發(fā)（土地開發(fā)工程研究），2018，3（02）：18-24.

[2]郭世敏，朱大明.無人機(jī)航測(cè)項(xiàng)目實(shí)施中像控點(diǎn)布設(shè)方法探討[J].價(jià)值工程，2016，35（21）：136-139.

[3]羅東山，李相庭.無人機(jī)航測(cè)像控點(diǎn)布設(shè)對(duì)空三精度的影響[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2017，33（03）：34-36.