1∶500 航测法高精度成图的关键技术研究及其应用

2020-08-27 21:53:08 徕康小助手 4

http://www.jnlko.cn来源:《测绘》2017年8月

作者:冯茂平,赵元沛,杨正银,张秦罡

[摘要] 本文通过对1∶500 无人机航测法成图过程中误差产生的来源进行分析,研究提高成图精度的关键技术,经过试验建立1∶500 无人机航测法高精度成图技术路线和工艺流程,并给出实际生产项目中的具体工程应用案例。

[关键词] 事后差分GPS;引闪器;构架航线;像点位移;曝光延迟

1 引言

1∶500 地形图测绘全野外成图工作量大,工期较长,成本较高。长期以来,为了减少工作量、缩短工期、降低成本,业内一直尝试采用航测法成图,并做了大量研究和尝试,但精度一直不理想。近些年无人机航摄因为使用方便,数据获取成本低、速度快,在1∶1000、1∶2000 等比例尺的地形图测绘、正射影像图生产等领域得到广泛应用,但在1∶500 航测法地形图测绘中,精度仍然不能完全达到规范要求。

本文通过对1∶500 无人机航测法成图过程中误差产生的来源进行分析,研究提高航测法成图精度的关键技术,选用速度慢、振动小、姿态好的电动差分无人机作为航摄平台,通过航线优化设计,建立1∶500无人机航测法高精度成图技术路线和工艺流程。

2   1∶500 航测法成图误差来源

(1)像片的地面分辨率和影像质量

在传统无人机航测法成图过程中,像片控制测量误差、空中三角测量误差、立体像对定向误差、立体采集过程中的位置判定误差等,会在作业过程中不断传递并积累,影响成图的最终精度。

不难发现,所有环节误差的产生都与像片的分辨率和影像质量有关。分辨率越高、影像质量越好,判读就越准确,误差也就越小,所以要提高成图精度必须首先提高像片的地面分辨率和影像质量。

(2)镜头畸变

无人机航摄采用的相机一般为非量测型全画幅相机,镜头畸变大,尤其是边缘部分。尽管可以根据相机畸变参数对像片进行畸变纠正,但纠正过程中会

产生纠正误差,且越往边缘,纠正误差越大。所以为了提高精度,应加大像片重叠度,尽可能使用像片中心部分的影像。

(3)像片外方位元素

一般的无人机没有配置高精度惯导装置,仅采用普通GPS 进行定位导航,所以在相机曝光同时记录的位置数据误差很大,需要后期完成大量的像片控制测量后,才能进行空中三角测量。为了减少像片控制测量工作量及后继工序的误差累积,应尽可能提高曝光瞬间像片的外方位元素精度。

3    高精度成图关键技术

根据误差来源分析,要提高成图精度,有必要采用一些关键技术手段和方法,以增强影像质量、提高影像地面分辨率、减小镜头畸变影响、提高像片外方位元素精度。

(1)事后差分GPS

事后差分GPS 系统包括基站GPS、移动站GPS 和事后差分解算软件。基站GPS 架设在已经测定精确位置的点位上进行长时间连续观测。移动站GPS 搭载在无人机上,其天线中心位置与相机中心位置经过量测标定。移动站在飞行过程中连续观测,并完整记录相机曝光瞬间给出的曝光时间戳信号。航摄完成后,事后差分解算软件根据基站精确位置数据、基站连续观测数据、移动站连续观测及曝光时间戳数据进行事后差分解算,获得每张像片的高精度位置坐标数据。

(2)相机曝光与移动站GPS 记录时间戳高度同步相机曝光的真实时间与移动站GPS 记录的时间戳总会有些误差,需要采用一定的技术手段最大限度减小这个差值,尽可能实现相机曝光时间与移动站GPS 记录的曝光时间戳同步。

(3)增强像片影像质量

像片影像质量直接影响影像判读准确度,对1∶500 测图尤为重要。所以需要选用成像质量较好的相机,选择空气洁净、光照充足的时间段,优化相机参数后进行航摄,以获得影像质量较好的像片。

(4)适度提高影像地面分辨率

影像分辨率越高,在航测法成图的各个环节中对影像的判读精度就会越高,但是航摄效率会下降。根据《数字航空摄影规范 第一部分:框幅式数字航空摄影》,1∶500 航测法成图要求航摄地面分辨率小于0.08m,在兼顾航摄效率的同时为了提高成图精度,根据经验确定地面分辨率为0.04~0.05m。

(5)减小像点位移

像点位移会降低影像解析能力,影响判读精度。规范规定像点位移一般不应大于1 个像素,最大不应大于1.5 个像素。由像点位移公式δ=v×t/GSD 可知,要减小像点位移就要降低飞行速度,缩短曝光时间。所以需要在确保影像质量的情况下将曝光时间缩到最短。根据经验,像点位移小于1/3 个像素时可保证影像解析能力。

(6)提高像片重叠度

提高像片航向重叠度和旁向重叠度,有利于减少对像片边缘影像的利用,最大限度降低像片畸变纠正过程中的影像纠正误差。规范规定航摄重叠度一般应为航向60%~65%,旁向20%~30%。为了提高成图精度,可加大重叠度。根据经验,航向重叠度取70%~75%,旁向重叠取60%~65%可显著提高空中三角测量平差精度。

(7)增加构架航线

构架航线与正常航线垂直布设,起高程控制点作用,有利于减少像片控制点量测数量,增强区域网模型之间连续性,提高空中三角测量平差精度。构架航


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