本文通过对1∶500 分析无人机航测法成图过程中误差产生的来源，研究提高成图精度的关键技术，通过试验建立1∶500 无人机航测法高精度成图技术路线和工艺流程，并在实际生产项目中给出具体的工程应用案例。
事后差分GPS;引闪器、框架路线、点位移等
引言
1∶500 全野地形图测绘工作量大，工期长，成本高。长期以来，为了减少工作量，缩短工期，降低成本，业内一直在尝试采用航测法成图，并做了大量的研究和尝试，但精度并不理想。近年来，由于无人机航空摄影使用方便，数据获取成本低，速度快。∶1000、1∶2000 地形图测绘、正射影像图生产等领域得到了广泛的应用，但在1中得到了广泛的应用∶500 在航测地形图测绘中，精度仍不能完全满足规范要求。
本文通过对1∶500 分析无人机航测图过程中误差的来源，研究提高航测图精度的关键技术，选择速度慢、振动小、态度好的电差无人机作为航空摄影平台，通过航线优化设计建立1∶500无人机航测法高精度成图技术路线和工艺流程。
1∶500 航测法成图误差源
(1)像片的地面分辨率和图像质量
在传统的无人机航测图过程中，图像控制测量误差、空中三角测量误差、立体图像定向误差、立体采集过程中的位置判断误差等。，将在操作过程中不断传输和积累，影响图纸的最终精度。
不难发现，所有链接的误差都与图像的分辨率和图像质量有关。分辨率越高，图像质量越好，判断越准确，误差越小。因此，为了提高图像的准确性，必须首先提高图像的地面分辨率和图像质量。
(2)镜头畸变
无人机航空摄像中使用的相机一般是非测量的全图形相机，镜头变形较大，特别是边缘部分。虽然图像可以根据相机的变形参数进行变形，但在纠正过程中会产生纠正误差，边缘越多，纠正误差越大。因此，为了提高精度，应增加图像的重叠，并尽可能使用图像中心的图像。
(3)像片外的元素
普通无人机不配备高精度惯导装置，只使用普通无人机GPS 定位导航，因此相机曝光时记录的位置数据误差很大，空气三角测量需要在后期完成大量的图像控制测量。为了减少图像控制测量的工作量和后续过程的误差积累，应尽可能提高图像外部元素的精度。
高精度成图关键技术
根据误差来源分析，有必要采用一些关键的技术手段和方法来提高图像质量，提高图像地面分辨率，减少镜头畸变的影响，提高图像外元素的精度。
(1)事后差异GPS
事后差分GPS 该系统包括基站GPS、移动站GPS 事后差分解算软件。基站GPS 架设在测定准确位置的点上进行长期连续观测。移动站GPS 在无人机上，测量和校准了天线中心和相机中心的位置。移动站在飞行过程中连续观测，并完整记录相机曝光瞬间给出的曝光时间戳信号。航空摄影完成后，差分解算软件根据基站的精确位置数据、基站的连续观测数据、移动站的连续观测和曝光时间戳数据进行差分解算，获得每个图像的高精度位置坐标数据。
(2)相机曝光和移动站曝光GPS
记录时间戳高度同步相机曝光的真实时间和移动站GPS 记录时间戳总是有一些错误，需要使用一定的技术手段来最大限度地减少差异，尽可能实现相机曝光时间和移动站GPS 同步记录的曝光时间戳。
(3)提高影像质量
图像质量直接影响图像判断的准确性∶500 图纸测量尤为重要。因此，需要选择成像质量好的相机，选择空气清洁、光照充足的时间段，优化相机参数后进行航空摄像，以获得更好的图像质量。
(4)图像地面分辨率适度提高
图像分辨率越高，在航测图的各个环节对图像的判断精度越高，但航摄效率会降低。根据《数字航空摄影规范》 第一部分：框幅式数字航空摄影》，1∶500 航测法成图要求航摄地面分辨率小于0.08m，在考虑航空摄影效率的同时，根据经验确定地面分辨率为0.04～0.05m。
(5)减少像点位移
图像分析能力降低，影响判断精度。规范规定的像点位移一般不应大于1 最大像素不应大于1.5 个像素。由像点位移公式组成δ=v×t/GSD 为了减少像点位移，降低飞行速度，缩短曝光时间。因此，在保证图像质量的同时，需要将曝光时间缩短到最短。根据经验，点位移小于1/3 图像解析能力可以保证个像素。
(6)提高像片重叠度
提高像片航向重叠度和旁向重叠度，有利于减少像片边缘图像的使用，减少像片畸变矫正过程中的图像矫正误差。规范规定航摄重叠度一般为60%~65%，20%~30%。可增加重叠度，以提高成图精度。根据经验，航向重叠取70%~75%，旁向重叠取60%~65%可显著提高空中三角测量平差精度。
(7)增加框架路线
框架路线垂直布置在正常路线上，起到高程控制点的作用，有利于减少像片控制点的测量量，增强区域网模型之间的连续性，提高空中三角测量的平差精度。框架路线结合事后差分解算提供的高精度像片POS 空中三角测量可以实现稀有像片控制点甚至无像片控制点。
1∶500 无人机航测法高精度成图试验
4.1 试验过程和飞行区选择
本试验过程包括飞行区域选择、航空摄影设计及相机检查、航空摄影操作、事后差分解算、空中三角测量、检查点三维测量、检查点野外测量、精度评价等步骤。具体试验过程如图1所示。
试验区位于四川省简阳市，面积约3km2.整体地形为丘陵，高差约80m。该地区有居民用地、工厂、道路、平整地块、水系、植被等地，对本次试验具有典型的代表意义。
图1 试验流程
4.2 航空摄影设计及相机检查
(1)航空摄影飞行平台的选择
飞行平台应配备高精度差GPS 系统，准确记录相机曝光时间戳；采用电力驱动，实现慢速稳定飞行。CW-10 电动复合翼垂直起降无人机高精度差异GPS、闪光器由大容量锂电驱动，飞行振动小，巡航速度20m/s，曝光时间不超过1/1600s 当像点位移为1/3时 在像素内，是本试验的理想飞行平台。
(2)相机选择及参数标定
相机选用3600 万像素全画幅Sony ILCE-7R 机身，像元尺寸4.88u，蔡司35mm 定焦镜头。精确校准相机内部元素和畸变参数。
(3)航线规划
地面分辨率为0.04m，航向重叠度为70%，旁向重叠度为60%，框架航线垂直于主航线，位于测试区离主航线两端4 条基线长度的位置，航高比主航线高50m。规划航线如图2所示，东西方向为主航线，南北方向为框架航线。
图2 规划航线
4.3 无人机航摄作业
选择合适的天气，测量基站GPS 完成无人机航空摄影作业，完全下载航空摄像头数据，基站GPS 数据，移动站GPS 检查数据的完整性和可用性。
4.4 事后差分解算和空中三角测量
(1)事后差分解算
基站坐标数据采用事后差分解算软件GPS 数据，移动站GPS 数据、机载POS 联合解算数据，得到准确的图像POS 平面坐标系为数据CGCS高程系为椭球高，也可加上高程异常，使用正常高。
(2)空气三角测量
选择GodWork 该软件被用作空中三角形测量工具。整个空气三个过程包括：原始数据输入、自动相对定向、自动绝对定向、平差和输出结果。这个过程只需要少量的人工干预。
4.5 精度检测
(1)检查点立体测量
将空三结果导入全数字摄影测量系统，测量立体检查点的三维坐标。
(2)检查点野外测量
采用天宝RTK 三维坐标到现场测量检查点。
(3)精度对比
基于检查点野外测量，立体测量相对于野外测量的平面位置误差和高程误差按以下公式计算。
式中：
m1-检查点误差为米(m);
Δ——检查点野外实测值与立体观测值的误差为米(m);
n ——参与评参与评价精度(每幅图20~50个)。
随机抽出两张图进行精度检测。每张图的检查点数为33 个，总计66 一、均匀分布。检查点统计结果见表1。平面位置误差为0.071m，最大误差为0.158m;高程误差为0.069m，最大误差为0.129m。小于2 双中误差的检查点有10个 个，小于1 双中误差检查点有56个 个。
表2、表3 分别为GB/T 23236-2009 《空中三角数字航空摄影测量规范》GB/T 14912-2005《1∶500 1∶1000 1∶2000 外业数字测图技术规定1:500 比例尺的精度要求。对比表1 和表2，表3，实验1∶500 无人机航测法高精度成图的试验目标。
表1 检查点误差统计表
1∶500 无人机航测法高精度成图工程应用
经试验验证，本技术方案实际应用于广安市溪口镇1∶500 地形图测绘。测区位于山谷地带，面积2km2.中心地形平坦，为丘陵地形，四周为山地地形。利用本技术方案技术方案完成POS 解算、空中三角测量、内业立体测图。精度检测时，随机抽取4张图进行精度检测，检查点共84张 个。平面误差经统计±0.09m，高程中误差±0.08m，平面和标高精度符合相关规范的要求。
结束语
在当前差分GPS 在技术、无人机技术和相机技术不断进步的过程中，通过科学优化技术路线，1∶500无人机航测法高精度成图试验成功应用于实际工程，实现了行业多年的夙愿，成功实现了1∶500 缩短地形图测绘工期和降低成本的目标。虽然由于植被覆盖无法看到的地物测量、屋檐矫正等工作，仍需现场测量，空测量方法不能完全取代现场作业，但这不会影响1∶500 高精度成图在实际工程应用中的重要现实意义。
(来自勘测联合网，原题:影响无人机航测精度的因素有哪些？