固定翼超低空航空摄影测量系统在1500地形测量中的验证-最新文档

1、固定翼超低空航空摄影测量系统在 1500 地形测量中 的验证摘 要无人机技术在中小面积的摄影测量有较高的 实用价值，本文介绍了无人飞机的组成、飞行试验、1：500 成图，对其应用的精度进行了检验和验证。随着固定翼无人机技术、CCD成像技术、空间技术等方面的 迅速发展，利用无人机作为遥感平台搭载经过可量测化处理后的 CCD工业相机进行超低空航空摄影，来获取中小面积高分辨率数 码航测影像以代替常规测绘航空摄影测量技术手段成为现实可 能。常规的航空摄影受制于天气、空域管制、成本等因素，无人 机技术可以实现高效、实时、自主、经济地获取高分辨率空间数 据采集，本文就“固定翼超低空航空

2、摄影测量系统”项目的实施 进行验证。1 固定翼超低空航空摄影测量系统的组成1.1 系统构成固定翼超低空航空摄影测量系统由固定翼无人机、CCD数码相机、自驾仪、相机稳定平台和地面站等硬件及航带设计、相机 纠正、飞行管理、资料整理等软件组成。图 1 固定翼超低空航空摄影测量系统1.2 飞行平台的主要技术参数1）发动机类型： 111cc ，机翼翼展： 3.2 米，飞行器重量： 33 公斤，有效载荷： 10 公斤，最大速度： 150公里 / 小时，巡航 速度： 100 公里 / 小时，可抗最大侧风风速： 5-6 级，起飞距离： 50 80米，最大飞行高度：4500米。2）传感器采用工业级 CCD芯片作

3、为相机成像单元，采用高 速快门镜头来控制航向像移。 利用共线方程式获取相机径向、 切 向等畸变差参数， 使相机实现可量测化。 相机主要技术参数： CCD 象元大小：6.8微米，CCD象素数：3000 5800万，相机焦距： 45mm获取相机的内方位元素和镜头的畸变差。3）姿态稳定平台及机载GPS由于固定翼无人在仰俯方面 每秒钟校 45 次姿态，设计了航向旋片和侧滚两轴校正平台，保 证曝光时刻相机处于理想的曝光姿态。两轴的校正补偿极限为± 15度。机载GPS为后续数据处理辅助空中三角测量提供高精 度的相机外方位元素的三个线元素Xs, Ys, Zs。在实际生产作业中可以大量减少外业相片控

4、制工作。4）飞行控制平台能够根据航带设计数据,控制固定翼无人 机按照设计的航线飞行和按照设计的曝光点经纬度坐标, 控制相 机的曝光。2 成图过程的验证2010 年 12 月 24 日湖南地质测绘院和武汉海地测绘科技 XX 公司在衡阳市选定约 4平方公里范围进行了 1:500 比例尺地形图 成图无人机航空摄影测试工作, 分别进行了飞行质量试验和精度 测试试验。图 2 测试区域2.1 飞行质量的检查 飞行质量试验的目的是通过实验检测无人机飞行性能、 相机 在空中作业性能、 姿态稳定平台的可靠性能以及系统硬件协调工 作的能力， 能够按照设计的目标， 获得满足国家测绘航空摄影的 技术要求。飞行质量试验

5、设计相对行高 350 米，地面实际分辨率为 5-6 厘米，航向重叠度为 63%，旁向重叠度为 33%。测试结果拼接的 效果，见图 3。上面列举了 1-5 航线的飞行质量， 从拼接效果可以看出， 本 次试验飞行旋偏、 侧滚及仰俯三维角度纠正具有很好的效果， 满 足国家摄影测量规范要求。2.2 实验结果分析试验按照航向 63%，旁向 33%，航高 350 米设计。下面是统 计分析结果：1）航线弯曲度：在CADF量测，航线长度1572米，主点最 大偏移量 13.8 米，根据公式： 13.8/1572=0.9% ，满足国家测绘 航空摄影 3%的要求。2）旋偏和倾角：倾角最大 2.66 度，小于 3 度

6、，旋偏最大2.1 度，小于三度，满足国家测绘航空摄影的要求（表 1 ）。3） 航高控制：飞行高度与设计航高最大差异12.7 米，小于5%，满足国家测绘航空摄影的要求（表2）。4）相片重叠度：本次摄影，对 128张， 4 条航线重叠度进 行量算和统计，结果如表 3。综合上述分析，本系统飞行质量可以满足国家 1：500 1： 1000 1 ： 2000 地形图航空摄影规范的技术要求。2.3 像控点的布设、空三加密和成图 依据国家摄影测量规范和结合自身的特点与要求， 实验区采 取的是区域网布点方案， 常规空三加密的方式， 对于检查图幅采 用两作业员对同一幅图进行测量。3 成图精度的检测1）检测相对的

7、分布。为检核加密和控制变形的情况，选择 测区中央地带垮两条航线的两个像对和测区边缘的一个相对。2）检测点的选择。类型：平面位置以高度不同的房屋顶 为主，与地面相对平坦的道路边线、路灯、花圃拐角、斑马线为 辅；高程以铺装路面为主，适当选取部分房屋拐点。分布：选 取像对中央少部分点位，约占总数的 20，选取像对边缘部分 点位，约占总数的80%。全站仪外业碎部测量方法：按照 1: 500 数字化测图的标准，镜站可以到达的位置均采用棱镜采点， 高层建筑物屋顶采用免棱镜方式， 所有点位的采集均在控制点本 站或一个支站的情况下采集，支站时采集了重复碎部点进行检测。3）精度统计和结论。共检测 3 个像对，

8、96 个点位，三个粗 差点，剔除两个大于两倍中误差的粗差后， 假定全站仪外业碎部 测量的坐标为真值的情况下，平面精度 m=0.148 米，根据城市 测量规范 CJJ8-99 地形测量 4.1.8 和城市航空摄影测量 5.1.2 的规定，对于 1：500 图上地物点相对于邻近图根点的点位中误 差为± 0.25 米，因此，平面精度完全符合城市测量规范的要求， 统计如下：该区均为平坦地区， 绝大部分地物点检测不到高程， 高程检 测31个点，m=0.095米，根据城市测量规范 CJJ8-99地形测 量 4.1.9 和城市航空摄影测量 5.1.2 的规定，城市建筑区和基本 等高距为 0.5m 的平坦地区，其高程注记点相对于邻近图根点的 高程中误差不得大于± 0.15 米，因此，高程精度完全符合城市 测量规范的要求，统计如下：4 经验总结1 ）像对定向决定图幅的系统性，由不同作业员对同一像对进行定向和测图，存在 0.1m左右的系统偏差，因此作业时特别 注意像对的定向精度。2）碎部测量时，不同作业员在判断屋檐