提高無人機航攝圖像拼接精度實踐與分析

摘要：目前，無人機產品已在航空攝影測量領域廣泛應用，在智能化地震勘探工程中也發揮著重要作用，能夠為地震勘探采集提供高效、精準的地理信息。作為無人機攝影測量的關鍵步驟，像控點的布設對于空三解算精度、測圖精度都有較大的影響。以往的像控點布設方案存在采集像控點數量過多或不足等問題，成圖精度不穩定。本文針對丘陵施工作業區，對不同像控點間距進行空三加密處理對比，使用檢查點對不同像控點的空三解算精度與成圖精度進行檢測。根據試驗，GNSS輔助無像控點航攝基本滿足地震勘探地物識別與標記要求，三像控點滿足道路精確描繪的精度要求，將航片拼接誤差控制在0.1 m以內。

關鍵詞：無人機航測；圖像拼接；空三精度；像控點

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.041

中圖分類號：TP 391.41；V 279+.2 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-0-03

Practice and Analysis of Improving the Precision

of Unmanned Aerial Vehicle Image Mosaic

XU Haifeng， ZHAO Chaofeng， ZHANG Yueli， DANG Jianfeng， JIANG Maijun

（China Petroleum Dongfang Geophysical Exploration Liaohe Branch， Panjin 124010， China）

Abstract： Currently， drone products have been widely used in the field of aerial photogrammetry and also play an important role in intelligent seismic exploration engineering， providing efficient and accurate geographic information for seismic exploration acquisition. As a crucial step in unmanned aerial vehicle photogrammetry， the placement of image control points has a significant impact on the accuracy of aerial triangulation and mapping. The previous layout plans for image control points had problems such as excessive or insufficient collection of image control points， resulting in unstable mapping accuracy. This article focuses on the construction work area in hilly areas， and compares the spatial interpolation of different image control points. Checkpoints are used to check the accuracy of spatial interpolation and mapping for different image control points. According to the experiment， GNSS assisted aerial photography without image control points basically meets the requirements for seismic exploration ground object recognition and marking， and the three image control points meet the accuracy requirements for accurate road depiction， controlling the splicing error of aerial photos within 0.1m.

Keywords： drone aerial survey; image stitching; air triple precision; image control point

無人機航測技術在地震勘探高效采集過程中作用越發顯著，能夠為地震勘探采集提供精準的地物信息，指導激發點位布設，描繪障礙區等。隨著應用日趨成熟，實踐中也出現一些問題有待改進。其中，在后期合成整幅航片時由于航攝照片定位精度不足，拼接時出現誤差，導致航測圖連貫性不夠[1]。物探采集施工一般應用的圖片精度誤差要求為≤0.2 m。為求證像控點布設對空三解算精度、測圖精度的影響程度，特選擇我國四川地區某航攝項目開展試驗，設計4種像控點布設方案分別進行空三加密處理，通過對比分析，形成適用于小范圍、高精度地震勘探的無人機航測像控點布設方案，見圖1。

1 提高無人機航測精度的主要措施

1.1 圖像重疊率

小型無人機在進行航攝作業時受氣流變化影響顯著，易導致影像傾角過大，影像傾斜方向不規律，甚至偏離預設航線飛行，造成航向和旁向重疊度不規則，使得影像匹配難度大，精度低。因此，適當提高圖像重疊率對提高成果數據的精度有一定幫助。具體可分為航向重疊率和旁向重疊率，依據規范，航向重疊率在50～80%，旁向重疊率在40～70%。重疊率的大小影響攝影基線的長度和相鄰航線間距。航向重疊度越大，攝影基線越短，基高比越小，在立體模型下，同名地物交會角越小，會降低立體觀測效果，直接影響高程量測精度。同時也要考慮攝影基線過短出現漏拍的現象，所以重疊率的選擇要根據實際情況多方面考慮，在滿足資料處理技術要求的情況下，適當增加基高比來提高高程的量測精度[2]。

1.2 像控點布設

傳統航測采用像控點均勻布設方法控制航拍精度，即航向若干條基線布設一個平高點，航區按若干排平高點布設控制點。此方法精度高，但工作量較大。

當前的航測無人機已普遍配套衛星定位系統，采用GNSS實時差分（RTK）或GNSS PPK技術來提高采集點的空間位置精度。GNSS輔助免像控無人機航攝系統通過高精度GNSS實時差分技術，結合精密定時技術來確定每張照片的精確位置，從而使得影像位置可以替代地面控制點實現高精度定位。這種方式節省了控制點的布設工作，大大降低了項目耗時和成本，尤其適合交通不便的困難區域，但此法航攝精度有限[3]。

為求證像控點布設對航測圖精度的影響程度，以四川某探區為試驗場地，采用縱橫CW-10無人機搭載CA 102定焦鏡頭進行航測試驗[4]。航攝參數見表1，點位分布如圖1所示。

試驗區內布設46個控制點，設計4種像控點對比方案：①區塊中部布設3個像控點；②區塊中部布設5個像控點；③區塊中部及邊緣布設9個像控點；④GNSS輔助無像控點的無人機航測[5]。三種像控點分布方案見圖2。

通過對比，單純使用GNSS輔助無像控點航測，最大誤差為0.51 m，中誤差為0.35 m；當布設三個像控點時，最大誤差為0.19 m，中誤差為0.06 m，已經滿足地震勘探作業的一般精度需求[6]。更多的像控點參與解算能進一步提高航片精度，具體誤差結果見表2。

1.3 優化處理流程

航片處理使用較為成熟的Pix4Dmapper軟件。根據飛行數據、相機參數、PPK模塊及像控點布設情況，結合軟件特點，優化了航片處理流程，航片成圖效果好，處理效率高[7]。處理流程見圖3。

2 成圖效果

按上述方法加入像控點，經新流程處理后，航片平面精度中誤差處于0.10m以內，能夠在室內利用航片識別并精準描繪各種地物信息[8]。航片拼接精度達到厘米級，精準還原了照片拼接部位的地物原貌，為地震勘探點位精準定位、高效采集奠定了基礎（圖4）。

3 結束語

綜合上述試驗分析，GNSS輔助無像控點航攝方法基本滿足地震勘探采集對地物識別與標記要求，圖像中部精度較高，其航測精度為米級，通過PPK差分解算，其精度能提高到分米級。本文通過布像控點的方式，將航片精度提高到厘米級，圖像拼接平滑過渡，滿足地物精確描繪的精度要求。無人機航測技術對地震勘探高效采集作用顯著，特別是在丘陵、黃土塬等地表起伏較大、交通不便的地區更加凸顯其便捷與靈活；對城鎮、連片養殖區、廠礦等大型障礙區的地物精準描繪與定位，也極大地降低了人力成本、時間成本與作業風險。

參考文

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