无人机航测中飞行高度对高程精度的影响分析

无人机航测中飞行高度对高程精度的影响分析

 朱双贵、毛志伟、廖苡淞

昆明麦普空间科技有限公司

摘要：无人机航测技术自动化水平高，操作简便且具有很高的勘测效率，因而近年来在公路、国土等测量作业中得到了广泛应用。但在应用无人机航测技术进行勘测时，也会因一些因素影响导致其高程精度不准确。本文基于实际，重点就影响无人机航测高程精度的因素进行分析论述，以供参考。

关键词：无人机航测；高程精度；影响因素

无人机测绘技术主要是将传统航空摄影测量方式与新型技术、仪器设备有机结合，构成无人机低空摄影测量系统，并在实践过程中陆续引入非量测数码相机、倾斜摄影测量技术等，使其的技术水平更高、适用范围更广。相较于传统测绘技术，无人机航测更加的灵活、便于操作，不仅测绘速度快，且数据更加精确，因而是当今社会不可或缺的一项重要测绘技术。尽管无人机航测技术具有很多优点，但由于发展时间较短，因而该项技术还不是十分成熟。在具体的测绘实践中会受相关因素制约无法保证高程精度。下面就具体影响因素进行分析。

1影响无人机航测高程精度的相关因素

1.1像片倾角的影响

无人机在飞行过程中，其自身的三维空间坐标系会与静止时的坐标系产生一定的角度变化关系，并且通常以、、来分别表示无人机的俯仰角、航偏角和翻滚角三个飞行姿态参数。而无人机在航测过程中的像片倾角则指的是像片曝光瞬间主光轴与铅垂线之间的夹角，即包括俯仰角和翻滚角，而且对不同比例尺的航测成图，其对于像片倾角的规定范围也会有所不同。尤其对于大比例尺的航测成图中，其在使用无人机进行航测时，其测量高度通常高于1000m，由于飞行高度较高，加之无人机具有体积小和重量轻的特点，其在如此高的高度容易受到气流的影响而造成航测像片倾角和旋角较大，导致像点位移和成像的比例尺不均匀，从而影响测量精度。

对于同一个地面点的标准像对来说，其上下视差和左右视差均为0，而两个不同的地面点左右视差较是由高程差引起的，可以通过理想像对下的左右视差较来对其改正数进行表示。正如前文所述，无人机的飞行姿态参数会对航测成图的高程精度产生影响，当测量过程中发生航向倾斜问题时，会出现沿着无人机飞行方向的扭曲抛物曲面高程误差的问题，但是对于实际的像片倾斜问题而言，其不仅由航向倾斜的问题，而且还有旁向倾斜问题，且像片倾斜对成像高程误差的影响是以上两种因素的叠加，所以说像片倾斜而引起的误差曲面是一个双曲线的抛物面。

1.2内业数据采集误差的影响

在实际的使用无人机进行航测的过程中，其携带的数码相机主要有以下参数：阵面像素CCD、像元尺寸、鉴定焦距、无人机飞行的平均航摄比例尺等。根据像方基线长度的计算，以及像点交会角、测量误差所引起的平面误差以及高差误差之间的关系可以得出，在采用无人机进行航测并对测量数据进行分析的过程中，成像的平面精度只与摄影比例尺成正比例关系，而与CCD无关，并且在测量过程中，当比例尺和地面分辨率确定之后，为了提高航测的高程精度，可以将摄影相机的CCD阵面短边与航线方向垂直防止。

2如何提升无人机航测高程精度

2.1应用技术措施控制像片倾角

针对相片倾角会影响无人机航测高程精度的问题，相关工作人员可采取以下技术措施进行处理：在具体的无人机航测作业中，一般是立体模型中的影片倾角超出了规范，因此影响到无人机对高程的测量以及高程数据的获取与处理。因此在后续的测量作业中，相关工作人员就可运用空中三角测量技术通过野外高程控制点推算出平面坐标。由于空中三角测量技术可以很好地实现加密平差，因而也能有效提高高程数据精度。除此之外，相关工作人员也可根据无人机航测要求进行数字摄影测量，利用现代化数字技术构建立体模型，从而获取到更全面、准确的高程数据。在进行野外测量时，可采取有效措施对像片控制点加以控制。野外测量作业中的像片控制点包括高程控制点与平高控制点两大部分，而在进行主要控制点高程的测量时，可使无人机在立体状态下进行测量，以获得更为精确、完整的数据信息。在无人机航测作业中，可根据相关规范与要求，结合待测区实际情况重新设定绝对定向，对像片倾角进行控制，防止像片倾角超出合理范围。工作人员可准确计算出六个外方位的元素，并根据计算结果重新设定绝对定向。总的来说，在无人机航测作业中，工作人员可利用高程二次定向法来提高无人机航测精度，提高高程精度。

2.2完善检修维护提升无人机性能

实践表明，要想最大化降低各类因素对测绘数据的影响，并获得最为精准的高程数据，就需要对无人机的性能进行优化。具体的优化措施如下：结合相关的要求与标准对像片倾角进行调节与控制，可适当减小像片倾角以提升无人机航测的稳定性，从而提高高程数据精度。其次是认真做好无人机航测系统的试验与检修工作。在无人机航测过程中，系统容易出现一些细小问题，从而导致数据精度有所下降。因此相关工作人员必须制定科学完善的系统检修计划，定期对无人机系统进行检修，让系统达到最优化，以此保证航测工作的顺利开展，确保无人机航测高程精度达到标准要求。除定期检修无人机航测系统外，也需注重无人机系统安装质量。进行无人机系统安装时，必须依据相关的技术指导文件进行，尤其是在安装相机的CCD阵面时，必须保证CCD阵面以及无人机航行方向垂直，从而为高程数据精度提供保障。

2.3附加激光测距

为提升测量精度，在利用无人机技术展开测量时也可附加激光测距。当前已经研发出了比较先进、运行相对稳定的激光测距仪，这类仪器在工作时向目标射出一支很细的激光，光电元件接收目标激光反射的激光束。在这一射出、接收过程中，由定时器测定完成这一操作所花费的时间，根据时间数据准确计算出距离以及高程等信息。激光测距原理简单也便于操作，测量速度快且精度高，是一项十分科学可行的辅助测量技术。

2.4科学布设控制点

控制点布设的是否科学合理决定了测量结果是否科学准确。在应用无人机航测技术进行测量时，工作人员需重视控制点的布设，在布设控制点时，采用科学合理的计算方法与技术手段对控制点的位置、点与点之间的最佳间隔距离进行测量计算，缩短对控制网点的检测时间，增加对控制网点的检测频率，从而实现科学布点。在测量过程中，工作人员必须严密把握高程起算点的稳定性与精确性，合理确定控制点数目，一般情况下测量区域内控制点数量不能少于6个，且各控制点之间应距离均匀，从而提高拟合的准确性，提高高程测量的精确程度。

2.5航高与地面分辨率

当执行航空侦察任务时，我们通常将无人机的飞行高度称作航高。根据计算的标准差异，这个数值可以进一步细分为绝对航高和相对航高。实际上，所谓的相对航高，就是指无人机在飞行过程中，其摄像头到达某个特定的参考点的距离，这个距离应该与工作场所的地表平均海拔的设定标准保持一致。通常，如果其它条件保持不变，飞行高度的降低（即飞机的飞行速度降低）会导致地面的清晰度提升。在航空数码照片中，我们一般会使用在一定范围内可识别的黑白对比线的数量来衡量分辨率的高低。对于视频或照片，我们则会根据像素的规模来确定它的分辨率，也就是说，我们可以识别的最小范围。地表清晰度是衡量图片中可以和背景形成对比的最微观像素点的尺寸，换句话说，图片的尺寸越细，清晰度就会更高。地表的分辨率就是指该数据的真实距离。

结语

综上所述，在无人机航测作业中，对于高程精度的控制是一项重要工作，只有严格控制高程精度，才能保证无人机航测成果的设计应用价值。因此在应用无人机航测技术开展测绘作业时，应当采取有效措施合理控制像片倾角，并定期开展无人机航测系统的检修维护，不断优化无人机性能，从而降低高程误差，保证无人机航测高程精度。

参考文献

[1]盛帆,唐建亚,石梦.消费级无人机在高速公路服务区改造设计中航测成图的应用探索[J].黑龙江交通科技,2020,43(1):170-171,173.