邹天宇 安斌斌 李鑫龙
航天神舟飞行器有限公司 天津市 30000；
摘要：使用无人机摄像制作3D产品时，地面必须有足够数量的控制点，并且还有室外作业强度大等问题。针对这种情况，通过将高精度GPS设备安装在无人机上，能够得到无人机进行航拍时的精确的三维坐标，之后采用GPS辅助空三加密的方式并进行验证，结果表明这种方法可以显著降低控制点的数量，并且对于多种用途下空三加密的精度要求都能够满足。
关键词：无人机；少控制点；空三加密；GPS
0引言
近年来，无人机技术的发展速度越来越快，其凭借着造价低、操作简单等特点，在现代测绘行业中有着广泛的引用，目前获取相关数据影响的重要途径之一便是利用无人机。不过无人机摄像存在着影像像幅较小、像片的数量较多等缺陷，导致需要足够数量的地面控制点进行配合，并且室外的工作内容较多，而且最终得到的视频高程精度较低，从而影响着无人机的进一步应用。现阶段，无人机得到的影像主要用作生产数字正射影像，而在制作数字高程模型和生产数字划线图时则极少应用。不过随着相关计算机技术的发展，高精度GPS的民用化，从而使无人机能够使用数量不多的地面控制点便能够完成空三加密。通过将高精度的GPS设备安装在无人机上，能够确定无人机在进行航拍时准确的位置，从而使无人机不需要过多的依赖地面控制点，降低测量工作的布点时间，避免不必要的麻烦，并且能够将空三加密的效率和精度进行明显的提升，从而保证了测绘的最终效果达到要求。
1 技术流程
使用高精度GPS辅助无人机少控制点空三加密的技术流程包括以下三个方面：（1）将高精度的GPS设备固定在无人机上，并对GPS的偏心分量进行测量；（2）利用改造完成的无人机进行航拍，得到相关的影像、时间数据以及GPS的流动观测数据，无人机在进行航拍的同时，地面需要布置相应的基站，通过计算进而得到GPS静态的观测数据；（3）通过进一步的解算，得到拍摄时的精确坐标；（4）对地面控制点进行布置并完成测量工作；（5）利用GPS完成辅助空三加密工作，通过制定不一样的地面控制点布置方案完成数据的相关处理工作，从而对采用不同控制方案时的空三加密精度进行检验。
2 关键技术
2.1载波相位差分技术
载波相位差分技术的建立是基于两个测站的载波相位，其可以将观测点的精确位置进行显示，进而能够完成实时的三维定位，而其定位精度最高能够达到厘米级。这种技术的定位方法理念如下：利用数据链作为传输的纽带，基准站得到载波相位的数值以及具体的三维坐标，将相关参数实时的传送到接收端，接收端将从基站得到的载波相位和来自GPS的载波相位当做相位差的分观测值，并完成这些数据的实时处理，从而能够得到接收端的实时位置。
2.2 GPS 辅助空中三角测量
GPS 辅助空三角测量的基本理念如下:在无人机上和布置在地面的多个基站上的多台GPS接收器同时完成GPS卫星的观测工作，进而得到连续的相关数据，之后借助载波相位测量差分定位技术，完成得到的卫星数据的处理，进而获得目标位置的三维坐标。最后，在确保算法和数学模型相同的基础上，完成航拍的测量区域网带有附加值的平差计算，从而获得相关点位的数据信息，并完成精度评价工作。现阶段，GPS辅助空三角测量的地面控制布设方案应用较多的有两种。如果采用传统的空三角测量地面控制点布置方案，为了满足精度要求，需要在航拍区域布置非常多的控制点，导致野外工作的强度较大，并且效率较低。此外，如果航拍区域的地形复杂程度高，占地面积较大，控制点的布置工作就会格外麻烦。但如果采用GPS辅助空三角测量的方法能够显著降低地面控制点的数量，从而能够减少成图所需的时间，进而提升了工作效率。并且对于地形复杂并且控制点布设相对困难的地区，采用航测进行作业的可执行性更强。
3 试 验
3.1 试验数据
选择某区域作为试验地区，该区域长度约为7公里，宽度约4.5公里，整片区域呈面状，地形主要是丘陵山地，海拔介于1480米到1650米，面积约为30平方公里。利用改装过后的无人机进行航拍，飞行架次为1次，得到地面分辨率为0.1m的航拍图像772张。
根据四角平高控制点加构架航线的方案完成地面控制点的布置，总共完成布置控制点以及检查点24个，每个设计点都采用测双点的方式，总共对49检查点和控制点进行了测量。
3.2 空三加密方案
在空三加密平差时，采用无控制点、对角控制点以及系数控制点等不同的控制点方案完成了平差工作，从而对采用不同控制点方案的空三加密精度效果进行了检验。
3.2空三加密精度
在进行空三加密试验时，使用了较多的其它的控制点，从而对实际的精度进行检验。
（1）无控制点方案使用了49个检查点；
（2）对角控制点方案1和方案2均使用2个控制点和47个检查点；
（3）系数控制点方案使用了12个控制点和37个检查点。
3.4 控制点布设方案探讨
通过对上述不同控制点方案所得到的的空三加密精度以及不同功用下需要的精度进行分析，能够总结出如下几条使用建议：
（1）根据《国家航空应急能力建设》的要求，影像的分辨率介于0.2米到0.5米时，灾情的影像图精度必须高于7.5米；而当影像分辨率超过0.2米时，灾情影像图的精度需要超过4米。此外，在全域灾害发生区中，在制作数字高程模型产品时，其精度必须超过15米，对于灾害发生的重点区域，数字高程模型的精度则必须超过5米。因此，在应急测绘工作当中，使用无控制点的作业方案比较合适。
（2）根据《数字航空摄影测量空中三角测量规范》的要求，如果成图的比例尺为1:1000，并且区域形貌多为丘陵时，在绝对定向检查点的平面位置中，误差最多不能超过0.5米，而在高程中的误差最多不能超过0.4米。如果成图的比例尺为1: 5 000、1: 10 000，其高程误差最多不成超过1米。如果在制作数字高程模型和数字线画图时的比例尺较大，则地面控制点的布置应采用稀疏控制点方案来完成，如果需要对比例尺为 1: 5 000、1: 10 000 基础测绘数据进行更新，地面控制点的布置可采用四角控制点方案。
（3）两种对角控制点的作业方案和一个控制点的作业方案中，高程与检查点平面位置两者之间的误差大致相同。如果在制作数字正射影响时的比例尺较大，而观测区域的四角地形为山地、森林等较为复杂的形貌，布设地面控制点难度较大，这时可以不需要在特定位置布设地面控制点，在观测去内的任意区域内布设控制点即可。
3.5 地面控制点布设效率分析
在实验区域内，使用未改装的无人机航拍系统完成正射影响的制作与数字线划图的生产，其比例尺为1:1000,。在制作数字正射影像时，地面控制点的布设规则为：航线七条基线、旁向间隔五条或六条航线；在生产数字线划图时，地面控制点的布设规则为：航向两条基线，旁向航线上下均进行布设。根据分析得到的结果，使用安装了高精度GPS的无人机在进行作业时，能够降低野外工作的工作量超过85%，不仅能够降低各种成本，还能够将效率进行明显的提升。
4 结 论
通过对高精度 GPS 辅助无人机少控制点空三加密进行分析，发现搭载了高精度GPS设备的无人机在工作时，所需的地面控制点数量明显下降，整体的测绘效率得到明显的提升。而通过使用多种航拍设计方案和地面控制点布置方案，能够达到应急测绘的要求，同时能够制作大比例尺的地形图等，从而使无人机的应用范围又得到了进一步的扩大，对无人机的发展有重要意义。
参考文献
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