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摘要：无人机摄影测量技术由于其特有的机动灵活，高地面分辨率，高安全性等优势，已经成为满足我国重大需求的一项重要技术之一。但现有的无人机摄影测量技术仍然需要大量的外业布控，才能满足高精度测图的需要，大大提高了测绘工作的成本和人力消耗。因此，利用先进摄影测量技术和手段以实现免像控的无人机摄影测量成为研究的重点。本文结合已有的免像控无人机摄影测量系统，探讨了免像控无人机摄影测量系统的技术实现方法。
关键词：无人机；无人机摄影测量系统；免像控
1无人机摄影测量的起源
无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）最早出现在1917年，当时主要运用在军事领域，由于其成本低、损耗小、无伤亡、机动灵活等特点，使其应用范围不断扩大，后来逐渐出现在民用领域。随着计算机技术、通讯技术、导航定位技术、摄影测量等技术的迅速发展以及新材料的不断出现，基于无人机平台的数字航空摄影测量技术也不断进步，无人机摄影测量系统应运而生。
2无人机摄影测量系统的应用
无人机摄影测量是传统的航空摄影测量的补充，它作业模式灵活，飞行的高度底，分辨率高，机动性强。在林业资源探查，考古研究，土地自然调查，土地利用监测、矿产资源开发监测、灾害应急监测、地形图测绘、新农村建设、城市规划等领域得到应用。如在2008年汶川地政和2017年的九寨沟地震灾害中，无人机航测系统获得的各种影像图对及时快速了解震后灾区的房屋、道路等损毁程度与空间分布，以及地震次生灾害如滑坡、崩塌以及因此而形成的堰塞湖的分布状况与动态变化等，发挥了重要重要作用，为救援、灾情评估、地震次生灾害防治和灾后重建工作等提供了第一手的信息和科学决策依据。
3无人机摄影测量系统的构成及工作原理
无人机摄影测量系统的组成一般包括以下几个部分：无人机飞行平台、导航控制系统、数码相机、地面站、后期数据处理系统五部分组成。
1）无人机飞行平台：即无人机本身。
2）导航控制系统：主要包括飞控、GPS导航系统、IMU惯性导航传感器、气压传感器等。无人机飞行时，飞控是整个无人机飞行控制中心，让无人机按照规划好的飞行路径进行飞行，同时根据接收到的指令控制无人机的飞行高度、方向和速度等飞行状态。GPS/IMU联合能够测得相片曝光瞬间的六个外方位元素，是对所得影像进行质量检验和后期处理的重要辅助数据。
3）数码相机：无人机摄影测量中采用的一般为民用的非量测相机，相机准确的内方位元素必须通过相机标定获得，并且拍摄的过程会产生径向畸变和切向畸变。
4）地面站：主要有无线电台、监控计算机、监控软件组成。无限电台负责无人机飞控或其他机载设备与地面站的数据和控制指令的传输。地面站可根据事先设定的航摄参数，自动生成航拍轨迹和设计飞行任务。地面站可以观测无人机电源电压或飞行状态的数据，并保存相关数据。
5）后期数据处理系统：将无人机摄影测量后获得的影像数据进行后期处理。根据需求通过软件对影像进行校正、拼接等工作。
4传统无人机摄影测量中的控制布设
虽然无人机航测近年来得到了测绘行业的广泛应用和认可，但传统航测作业依然存在着很多不完善，如飞行姿态不稳定、相机相幅小、影像畸变差大、重叠度不规则等问题都会影响最后的成图精度。所以在传统航摄作业模式下，都伴随着大量的像控布设。
像控布设工作占用着大量人力物力及工期。与地面控制点相关的静态测量、水准测量等工作几乎能占用项目40％的时间。在实际布控的过程中经常遇到工作人员进入困难甚至无法进行人工作业的情况（如山区、灾害现场，禁区），这将大大增加项目开支，很多情况下控制点布设任务不得不以损失测绘精度为代价才能完成。
5免像控的无人机摄影测量系统
免像控的无人机摄影测量系统成为了国内外研究的重点。目前，国外的天狼星无人机航摄系统和国内的CW-10C 1：500免像控无人机航测系统等无人机摄影测量系统都实现了大比列免像控测图。
5.1天狼星无人机航摄系统的关键技术
天狼星测绘无人机如图1所示，它是拓普康定位系统公司与玛芬奇公司联合研发出的一台内置RTK实时测量的无人机航空摄影平台，颠覆了传统航测大量布设地面控制的作业流程。
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图1 天狼星无人机
天狼星无人机控制点布设不是在地面上完成的，而是在空中自动不舍完成，其主要利用的是GNSS+RTK定位技术来确定每一张像片在拍摄是的准确位置，使得像片上的位置信息实现和我们在外业布设的地面控制点实现同样的功能。
5.2 CW-10C 1：500免像控无人机航测系统
CW-10C 1：500免像控无人机航测系统使用了顾及曝光延迟的GPS辅助光束法区域网平差模型，和相机自标定技术，大大提高了成图的精度。
顾及曝光延迟的GPS辅助光束法区域网平差模型：无人机摄影测量作业时，由于无人机不是匀速飞行的，各个曝光点的延迟误差影响不一致，无法通过固定的偏移参数补偿解决曝光延迟。CW-10C通过安装引闪器，捕获相机快门动作信号并发出触发信号，使GPS差分模块记录的摄影时刻与实际相机摄影时刻基本一致。然后通过顾及曝光延迟的GPS辅助光束法区域网平差模型进行平差计算，提高了数据的精度。安装有引闪器的GPS信号工作原理如图2所示。
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图2 安装有引闪器的GPS信号工作原理图
相机的自标定技术：直接利用相机在运动过程中周围环境图像与图像之间的对应关系来进行相机标定。相机自标定相对于传统方法具有更好的灵活性和实用性，相机的自标定实际上是一个拟合的过程，能消除一些未定的系统误差，能提高相机参数的精度。
6总结
无人机摄影测量由于其机动灵活、分辨率高、起降方便等特点使得其应用越来越频繁，领域也越来越宽泛。免像控的无人机摄影测量系统的研究成为了无人机摄影测量研究的重要方向，相信随着技术的不断进步，低成本、高性价比、高精度的免像控无人机摄影测量系统将层出不穷，让摄影测量能发挥出巨大的作用，推动测绘由外业向内业，由传统人工向自动化、智能化方向转型。
参考文献：
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