提高无人机航摄图像拼接精度实践与分析

提高无人机航摄图像拼接精度实践与分析

目前，无人机产品已在航空摄影测量领域广泛应用，在智能化地震勘探工程中也发挥着重要作用，能够为地震勘探采集提供高效、精准的地理信息。作为无人机摄影测量的关键步骤，像控点的布设对于空三解算精度、测图精度都有较大的影响。以往的像控点布设方案存在采集像控点数量过多或不足等问题，成图精度不稳定。本文针对丘陵施工作业区，对不同像控点间距进行空三加密处理对比，使用检查点对不同像控点的空三解算精度与成图精度进行检测。根据试验，GNSS辅助无像控点航摄基本满足地震勘探地物识别与标记要求，三像控点满足道路精确描绘的精度要求，将航片拼接误差控制在0.1 m以内。

无人机航测技术在地震勘探高效采集过程中作用越发显著，能够为地震勘探采集提供精准的地物信息，指导激发点位布设，描绘障碍区等。随着应用日趋成熟，实践中也出现一些问题有待改进。其中，在后期合成整幅航片时由于航摄照片定位精度不足，拼接时出现误差，导致航测图连贯性不够[1]。物探采集施工一般应用的图片精度误差要求为≤0.2 m。为求证像控点布设对空三解算精度、测图精度的影响程度，特选择我国四川地区某航摄项目开展试验，设计4种像控点布设方案分别进行空三加密处理，通过对比分析，形成适用于小范围、高精度地震勘探的无人机航测像控点布设方案，见图1。

提高无人机航测精度的主要措施

图像重叠率

小型无人机在进行航摄作业时受气流变化影响显著，易导致影像倾角过大，影像倾斜方向不规律，甚至偏离预设航线飞行，造成航向和旁向重叠度不规则，使得影像匹配难度大，精度低。因此，适当提高图像重叠率对提高成果数据的精度有一定帮助。具体可分为航向重叠率和旁向重叠率，依据规范，航向重叠率在50～80%，旁向重叠率在40～70%。重叠率的大小影响摄影基线的长度和相邻航线间距。航向重叠度越大，摄影基线越短，基高比越小，在立体模型下，同名地物交会角越小，会降低立体观测效果，直接影响高程量测精度。同时也要考虑摄影基线过短出现漏拍的现象，所以重叠率的选择要根据实际情况多方面考虑，在满足资料处理技术要求的情况下，适当增加基高比来提高高程的量测精度[2]。

像控点布设

传统航测采用像控点均匀布设方法控制航拍精度，即航向若干条基线布设一个平高点，航区按若干排平高点布设控制点。此方法精度高，但工作量较大。

当前的航测无人机已普遍配套卫星定位系统，采用GNSS实时差分（RTK）或GNSS PPK技术来提高采集点的空间位置精度。GNSS辅助免像控无人机航摄系统通过高精度GNSS实时差分技术，结合精密定时技术来确定每张照片的精确位置，从而使得影像位置可以替代地面控制点实现高精度定位。这种方式节省了控制点的布设工作，大大降低了项目耗时和成本，尤其适合交通不便的困难区域，但此法航摄精度有限[3]。

为求证像控点布设对航测图精度的影响程度，以四川某探区为试验场地，采用纵横CW-10无人机搭载CA 102定焦镜头进行航测试验[4]。航摄参数见表1，点位分布如图1所示。

试验区内布设46个控制点，设计4种像控点对比方案：①区块中部布设3个像控点；②区块中部布设5个像控点；③区块中部及边缘布设9个像控点；④GNSS辅助无像控点的无人机航测[5]。三种像控点分布方案见图2。

通过对比，单纯使用GNSS辅助无像控点航测，最大误差为0.51 m，中误差为0.35 m；当布设三个像控点时，最大误差为0.19 m，中误差为0.06 m，已经满足地震勘探作业的一般精度需求[6]。更多的像控点参与解算能进一步提高航片精度，具体误差结果见表2。

优化处理流程

航片处理使用较为成熟的Pix4Dmapper软件。根据飞行数据、相机参数、PPK模块及像控点布设情况，结合软件特点，优化了航片处理流程，航片成图效果好，处理效率高[7]。处理流程见图3。

成图效果

按上述方法加入像控点，经新流程处理后，航片平面精度中误差处于0.10m以内，能够在室内利用航片识别并精准描绘各种地物信息[8]。航片拼接精度达到厘米级，精准还原了照片拼接部位的地物原貌，为地震勘探点位精准定位、高效采集奠定了基础（图4）。

结束语

综合上述试验分析，GNSS辅助无像控点航摄方法基本满足地震勘探采集对地物识别与标记要求，图像中部精度较高，其航测精度为米级，通过PPK差分解算，其精度能提高到分米级。本文通过布像控点的方式，将航片精度提高到厘米级，图像拼接平滑过渡，满足地物精确描绘的精度要求。无人机航测技术对地震勘探高效采集作用显著，特别是在丘陵、黄土塬等地表起伏较大、交通不便的地区更加凸显其便捷与灵活；对城镇、连片养殖区、厂矿等大型障碍区的地物精准描绘与定位，也极大地降低了人力成本、时间成本与作业风险。

参考文献
[1] 曹勇．基于PPK差分技术的无人机航测系统的分析与设计[D]．上海：上海交通大学，2019．
[2] 李亚东，王强，高邵伟．无人机航测精度的影响因子分析[J]．北京工业职业技术学院学报，2018，17（2）：5-8．
[3] 聂相田，田静，王博，等．Trimble UX5无人机航测关键技术研究[J]．华北水利水电大学学报（自然科学版），2020，41（5）：73-83．
[4] 白芝勇，朱峰，周建东，等．无人机在高海拔、高落差地区航测的应用[J]．测绘技术装备，2019，21（4）：54-57．
[5] 韩炜杰，王一岚，郭巍．无人机航测在风景园林中的应用研究[J]．风景园林，2019，26（5）：35-40．
[6] 李利利．无人机航测在农田土地盐碱化监测中的应用研究[D]．河南：华北水利水电大学，2019．
[7] 沈泉飞，潘九宝，王玮，等．小型无人机在大面积1∶1000数字化航测中的应用[J]．现代测绘，2020，43（2）：43-46．
[8] 魏亚峰．影响低空无人机航测露天矿地质成图精度的因素分析[J]．世界有色金属，2020（18）：39-40．