摘 要:利用具有RTK 技术的无人机进行航空摄影，以获取高精度的POS 数据。文中使用Pix4DMapper 分别在无地面像控和少量地面像控的条件下进行空三加密，并用专业立体测图软件进行DLG 采集，最后，与实地测量的野外检查点进行精度比对，分析无控制点情况下无人机用于大比例尺地形图测绘的精度，以及加入少量控制点对成图精度的影响。

关键词:摄影测量; RTK; 无人机; POS; 空三加密

引言

无人机航空摄影测量是一种新型高效的低空遥感影像获取技术，具有响应迅速、机动性高、使用便捷、危险区域成图、受空域管制和天气的影响较低、适应不同测区能力强等优势，是卫星遥感和大飞机航空摄影的有力补充。

POS 辅助空中三角测量是将全球导航卫星系统( GNSS) 和惯性导航系统( INS) 组合而成的定位定姿系统引入到航空摄影测量中，利用动态差分GNSS 技术和惯性导航系统测定摄影瞬间的位置与姿态，经过严格的数据后处理，获得影像在摄影瞬间的外方位元素，使摄影测量野外工作量大大减少，甚至完全免去地面控制点。

POS 辅助空中三角测量是指将相机曝光瞬间的空间位置和姿态角组成的POS 数据作为附加观测值引入到区域网平差模型当中，利用空中控制替代地面控制; 然后，通过整体平差的方式，利用严密的平差模型和算法，解算出影像6 个外方位元素和地面点的空间坐标; 最后，对其精度进行评价的理论技术与方法。

提高曝光瞬间相机的外方位元素观测精度不仅可以提高空三成果精度，还可以减少外业像控点的数量。一般情况下，实时差分数据的固定解精度可达到厘米级，因而将无人机航测和实时差分RTK 技术相结合能够实时获取曝光点的真实空间位置，使得无人机航测在大比例尺成图中，无须地面像控点的情况下也能达到规范的精度要求，实现各种比例尺测图的内外业完全数字自动化( 如图1 所示) 。

图1 传统POS 辅助空中三角测量与高精度POS 辅助空中三角测量

瑞士SenseFly 公司出品的eBee Plus 为全自动的测量级测绘无人机，内置实时差分RTK 功能，能够获取到高精度的POS 数据，绝对位置精度可达3 cm( 平面) /5 cm( 高程) 。

为了验证无人机航测用于大比例尺成图的精度，本文从单位实际航测项目出发，以沈北王驿屯测区为例，对eBee Plus 拍摄的航片进行全自动空三加密。同时，为了验证控制点对高精度POS 辅助空三精度的影响程度，分别将无控制点的空三加密成果和带少量控制点的空三加密成果导入MapMatrix，进行立体线划图采集，用两种方案生产的DLG 与实地采集的野外检查点进行精度对比分析，并与现行航测规范比对。

2.1 测区概况

测区位于沈阳市沈北新区明沈线与新王线交会处的王驿屯村，面积约1.5 km²，交通较为方便，天气晴朗，常伴有微风。整个测区地势内部较为平坦，无高大建筑物，大约一半为低矮平房，一半为耕地。

2.2 无人机航空摄影

使用eMotion3 专业航线规划软件设定航拍区域，规划飞行路线，设置航向与旁向重叠度均为70%，地面分辨率3 cm，相对航高为127.5 m。应用eMotion3 软件能够实时监控飞机的飞行状态，例如电池电量、空中风速、GNSS状态、传输信号质量以及无人机的实时飞行姿态等。

此次航飞共拍摄照片665 张，实际航向重叠度为70%，航线间重叠度为70.1%。

2.3 野外实地测量

运用网络RTK 方式进行野外实地测量，共计获取51个平高点和43 个高程点( 如图2 所示) ，均匀选取其中6个作为方案二的控制点，其他作为检查点。

图2 像控点和检测点分布图

2.4 空三加密

因为我院目前1 ∶500 地形图坐标系统全部为西安80坐标系，为了更加符合生产实际，本次试验也采用西安80坐标系，将eBee Plus 的航片和姿态数据导出后，需要对POS 数据进行坐标转换，从CGCS2000 国家大地坐标系转换为西安80 坐标系。

Pix4Dmapper Pro 是一款集全自动、快速、专业精度为一体的无人机航空像片处理软件，在导入航片和经过坐标转换处理的高精度POS 数据后，本地处理中勾选全面高精度处理，并选择导出未畸变图像选项，点击开始就进入全自动运行模式。运行完成后软件弹出质量报告。质量报告主要检查区域网空三误差、相机参数优化质量和控制点残差。

1) 空三精度中Mean reprojection error 就是空三中误差，以像素为单位。SODA 相机的像素大小通常为2.33 μm，换算成物理长度单位就是0.129×2.33 μm。

2) 相机参数优化质量。最初的相机焦距和计算得到的相机焦距误差相差不能超过5%，为了避免出现严重扭曲现象，R1、R2、R3 3 个参数不能大于1。

3) 控制点残差如图3 所示，均在5 cm 以内。

图3 控制点残差截图

2.5 立体采集

在MapMatrix 中新建相机文件并导入相机参数，引入影像外方位元素，并利用畸变改正后的影像创建立体像对，采用实时核线的方式进行立体采集，采集时需人工选取最合适的立体像对。

2.6 精度分析

野外检查点选择点位清晰不易混淆的位置，如测房屋则选择房檐的最外沿。地物点均同时兼顾平面与高程的检测，高程点只检测高程精度。不同方案的精度统计见表1。

表1 不同方案DLG 采集精度(单位:cm)

通过表1 可以得出，两种方案所测得的DLG 平面位置中误差和高程中误差均优于《1 ∶500 1 ∶1 000 1 ∶2 000地形图航空摄影测量内业规范》( GB/T 7930—2008) 的精度要求: 1 ∶500—1 ∶2 000 地形图平面位置中误差在平地、丘陵地不大于图上0. 6 mm，山地、高山地不大于图上0.8 mm; 高程注记点中误差在平地丘陵地不大于0.2 m，并且所有检测点的误差值均小于两倍中误差。实验证明，采用内置RTK 技术的eBee Plus 无人机在无控条件下可以用于大比例尺地形图测绘，而且在测区四角和中间加入少量控制点还可提高平面和高程精度。

通过本次无人机地形图测绘项目的实施，验证了内置RTK 技术的无人机能够获取高精度的POS 数据，在无控制点的条件下可用于测绘大比例尺地形图，通常情况下，精度能够满足1 ∶500 地形图要求，并且加入少量控制点还能提高精度。但是，由于本次测试区域地形比较平坦，而且航拍当天基本无风，飞机姿态比较稳定，再加上立体采集时需人工选取最合适的像对，整体试验条件比较理想，考虑到实际生产过程中气候条件、测区地形、测区范围等因素对成图精度的影响，无人机航测实际用于1 ∶500地形图测绘还需要更多的生产项目来验证，才能进一步在平坦的中小区域进行推广应用。

来源：《测绘与空间地理信息》2019年第3期

作者：李天

原标题：基于RTK技术的无人机在大比例尺地形图测绘中的精度分析

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