無人機機載三模單頻GPS直接定向案例

智能航測系統F1000作業采用GPS導航定位，獲取高精度DOM影像，地面分辨率達到3~30cm，可以滿足國土規劃、土地執法檢查、地籍管理、城市/基礎設施規劃、交通規劃、林業監測、水土保持、水工建筑監測、應急救災等各行業應用。

這里分別對F1000在直接定向成圖精度、三維建模能力這兩個方面的特點進行分析，用實際案例說話，證明智能航測系統F1000具備快速、準確獲取直接定向高精度DOM以及提供三維建模所需基礎數據的能力。

為測試智能航測系統F1000直接定向方式獲取的DOM精度，在北京市昌平區西峰山附近選擇了一個帶地面靶標的測區進行驗證。測區地形屬于平地，海拔高約178m，低約145m。

根據規范中的要求，在確保成圖精度的前提下，本著有利于縮短成圖周期、降低成本、提高測繪綜合效益的原則在表 1的范圍內選擇。

表 1 地面分辨率

此次攝影獲取的影像用于制作成圖比例尺為1：1000的數字產品（DEM、DOM），要求航空影像的地面分辨率（GSD）小于等于10cm。

測區面積約1km2，地形屬于平地，平均海拔約161m，高約178m，低約145m。本次飛行方案采用Sony α5100微單數碼相機，設計地面分辨率5cm，相對航高256m，航向重疊80%，旁向重疊70%，共設計1架次飛行作業。

測區平均飛行高度約為405m，根據測區內高點和低點高程，計算可得實際獲取影像的GSD為4.4cm~5.1cm，符合設計需求。

▲圖 1 測區航線規劃圖

為適應多種測試目的，測區周邊均勻布設了34個控制點，其中22個為地面靶標，其余點為地物拐角、道路交叉口等特征地面點。靶標為紅白方格組成，邊長為2m的正方形，如下圖所示。靶標采用RTK方式進行量測，平面精度和高程精度均在1cm左右。

▲圖 2 地面靶標示意圖

采用智能航測系統F1000進行航攝。具體參數如下：

表 2 F1000航攝參數

飛行過程監控各飛行參數均正常，巡航時速度基本穩定在60 km/h，飛行姿態平穩，三姿角度偏差< 5°。整個任務共完成304張原始影像拍攝，通過無人機管家軟件智檢圖進行數據質檢，共用時7分鐘，確認全部影像合格可用。

智能航測系統F1000搭載了三模單頻GPS，飛行過程中衛星觀測數量始終保持在20顆以上，避免了因個別衛星失鎖或觀測質量不高而影響整體定位精度的問題。且高精度衛星定位數據能大量減少后續布設地面控制點的工作，或直接應用于無控制點快速成圖的場景。

▲圖 3 質檢報告

采用無人機管家進行空三加密處理，導入質檢工程文件，經過自動匹配連接點、空三加密、影像勻光勻色、正射糾正、影像鑲嵌等處理，完成點云、DEM、DOM數據提取。

本次實驗中，GPS數據來源于智能航測系統F1000機上自帶接收機，后續處理中未引入地面控制。為檢驗F1000生成的DOM直接定向精度，將DOM上人工提取的地面靶標中心坐標與實測靶標數據進行對比。

表 3 DOM量測值與地面實測值對比

由于未引入地面控制，DOM上量測的坐標與地面真實坐標之間存在一定的系統偏差。經空三處理消除系統誤差之后，得到

表 4 去掉系統誤差后DOM量測值與地面實測值對比

可見，消除系統誤差的影響后，直接定向得到的DOM上地面靶標的大平面誤差約為1.413m，平面誤差中誤差為±0.321m。（注：為保護測繪成果，對測區坐標進行了保密處理）

▲圖 4 地面靶標分布圖

▲圖 5 DOM成果圖

本次低空遙感航測任務快速的獲取了測區高精度DOM，數據一致性好、色彩均勻、無明顯接縫痕跡。在不使用地面控制點，經空三處理消除系統誤差的情況下，DOM成果中直接定向平面精度達到1.413m。

智能航測系統F1000搭載了三模單頻GPS，通過獲取攝影中心的位置信息，能夠減少地面控制點的布設工作，或直接應用于無控制點快速成圖的場景。實驗證明F1000可快速獲取高精度低空遙感影像地形數據，使得測繪成果更具有時效性，尤其適用于時間緊、任務重情況的應急測繪任務，能夠為國家基礎地理測繪、大比例尺地形獲取等應用提供實時數據支撐。