目前， 小型無人機對地觀測系統已經成為世界各國爭相研究的熱點課題， 並在實際應用過程中不斷提升無人機對地觀測系統的性能。 與傳統測量方法、衛星遙感和航空遙感相比， 無人機遙感具有高時效、高解析度、低成本、低損耗、低風險及可重複等諸多優勢， 能夠在大面積區域、常規航攝困難地區和突發自然災害地區快速獲取高解析度影像， 可以更快、更高效地製作大比例尺地形圖、DEM、DOM 和DSM 等數位產品及數位三維城市[1， 2] 。 並且快速獲取的國土、資源、環境等地理資訊的空間要素， 已廣泛應用到大比例尺地形圖繪製與更新、自然災害與地質環境勘查、土地利用動態監測、電力工程、海洋資源與環境監測、風能開發勘測、交通、軍事等領域[3] 。
1、無人機資料空三加密流程
本研究採用航太遠景空三處理軟體DATMatrix， DATMatrix數碼新空三是由航太遠景公司自主開發的空中三角測量系統。 利用少量的地面控制點來重新計算實驗區中所有影像新的外方位元元素和所有加密點的地面座標。 該系統主要針對小數碼影像， 也支援大數碼影像和膠片影像。 除半自動量測控制點外，
圖1 DATMatrix 空三處理流程
2、研究區及資料介紹
沙苑實驗區進行無人機航攝時， 天氣晴朗， 風速2 級， 符合飛行氣象條件。 本次實驗採用NIKON D800 數碼相機， 鏡頭焦距為23. 888 9 mm， 像幅為7 360 × 4 912， 圖元大小為0. 004 8 mm × 0. 004 8 mm。 採用相對航高510 m， 測區共4 條航線， 48 張無人機影像。 沙苑實驗區航帶分佈如圖2 所示。
圖2 沙苑研究區航帶分佈圖
3、資料實驗
1) 實驗方案設計
沙苑試驗區1 ∶ 1 000 航攝精度提高方法研究方案如下:
方案一: 對比有無POS 資料參與時自動轉點結果的精度。
方案二: 先在實驗區週邊佈設4 個控制點， 然後逐漸向實驗區均勻加點， 對比實驗區平面和高程精度變化情況。
方案三: 在實驗區平面高程均達到精度要求時， 增加路面高程控制點， 對比實驗區高程精度變化情況。
2) 方案一
POS 系統獲取航空攝影曝光時刻影像的空間位置和姿態， 在自動轉點過程中， POS 資料輔助空三轉點能夠快速進行影像匹配， 縮小同名點的搜索範圍。 方案一對沙苑實驗區1. 7 km2 的範圍， 採用航太遠景DAT Matrix 2. 0軟體進行轉點實驗， 對有無POS 資料輔助自動轉點的結果， 從效率、個數、精度3 個方面進行對比。
表1 POS 輔助自動轉點精度對比
3) 方案二
POS 輔助空三自動轉點完成後， 在影像上缺少連接點的地方添加連接點， 刪除和編輯粗差點。 平差解算後編輯、刪除爭議點列表裡的粗差點， 直到滿足平差精度。 量測控制點時， 先在工程區域的四角周邊刺入4 個控制點， 然後均勻加入其他控制點， 邊加點邊平差， 直至平差達標。 加點方案如圖3 所示。
圖3 沙苑加點方案圖
①首先在採用11 條基線跨兩條航線的布點方案， 在測區的四周佈設4 個點， 在圖3 中用序號1 表示。
②採用10 條基線不跨航帶的布點方案， 在第一步的基礎上在第二、第三條航線的首尾分別佈設一個點， 在圖3 中用序號2 表示。 此時， 測區總共佈設了8 個點。
③在第二步的基礎上分別在4 條航帶的中間分別佈設一個點， 在圖3 中用序號3 表示。此時採用5 條基線或6 條基線的布點方案進行布點，測區總共佈設了12 個點。
④在上面的布點基礎上，對左半邊的控制點進行加密，佈設4 個點，在圖3 中用序號4 表示，此時對於左半邊為2 條或3 條基線進行布點，對於右半邊仍按照6 條基線布點。此時，測區總共佈設16 個點。
⑤同④對右半邊的控制點進行加密，佈設4 個點，在圖3 中用序號5 表示，此時整個測區按照2 條或3 條基線的布點方案進行布點，測區總共佈設20 個點。
通過對沙苑實驗區進行實驗，得到控制點的平面和高程精度隨著逐步加點的變化如圖4 所示。
圖4 沙苑平面、高程精度對比圖
從圖4 分析可得，沙苑實驗區在加密時，按照方案逐步加點，其平面和高程精度不斷提高。測區完成第三步加點後，基本定向點平面精度達到規範要求( 0. 3 m) ，高程精度達到規範要求( 0. 2 m) ，隨著控制點的增加，平面和高程精度不斷提高，當控制點到達16 個( 即就是按照4條基線或者5 條基線布點) 以後，隨著控制點的增加，其精度變化趨於平穩。
4) 方案三
對於無人機航空攝影測量來說，無論是飛機飛行因素還是實驗區高差因素的影響，高程精度總是沒有平面精度容易達到規範要求。因此，我們提出在實驗區的硬化地表上均勻加一些高程點用來參與高程平差，通過與沒有硬化地表點的加密結果進行對比，結果見表2。
表2 有無硬化地表點參與加密的精度對比( 單位: m)
通過上表計算可得，未加硬化地表高程點時高程中誤差為0. 221，加上硬化地表點之後高程中誤差為0. 183( 規範0. 28 m) 。因此，可採用測區硬化地表高程點參與高程平差，來提高測區空三加密成果精度。
4、結束語
本文以沙苑測區為研究物件，根據不同方案進行加密試驗，通過對試驗結果的對比分析，得出提高無人機大比例尺航攝成圖精度的方法，為無人機航攝成圖奠定了理論和實踐基礎。
1) POS 資料參與空三轉點時，其轉點品質明顯優於沒有POS 資料參與的情況，POS 參與空三加密可提高成圖精度。
2) 引入硬化地表高程點參與平差，能提高空三加密的高程精度，從而提高整個地形圖的成圖精度。
3) 對於1∶ 1 000 的類似于沙苑實驗區的平原來說，選取5 條基線的布點方案就可以滿足《GBT23236 - 2009 數位航空攝影測量———空中三角測量規範》，若按照此方案來進行外業像控布點，不但不會造成外業盲目的工作量，而且可以使加密精度有所保證，從而提高大比例尺成圖精度。
在圖3 中用序號3 表示。此時採用5 條基線或6 條基線的布點方案進行布點，測區總共佈設了12 個點。④在上面的布點基礎上，對左半邊的控制點進行加密，佈設4 個點，在圖3 中用序號4 表示，此時對於左半邊為2 條或3 條基線進行布點，對於右半邊仍按照6 條基線布點。此時，測區總共佈設16 個點。
⑤同④對右半邊的控制點進行加密，佈設4 個點，在圖3 中用序號5 表示，此時整個測區按照2 條或3 條基線的布點方案進行布點，測區總共佈設20 個點。
通過對沙苑實驗區進行實驗，得到控制點的平面和高程精度隨著逐步加點的變化如圖4 所示。
圖4 沙苑平面、高程精度對比圖
從圖4 分析可得，沙苑實驗區在加密時，按照方案逐步加點，其平面和高程精度不斷提高。測區完成第三步加點後，基本定向點平面精度達到規範要求( 0. 3 m) ，高程精度達到規範要求( 0. 2 m) ，隨著控制點的增加，平面和高程精度不斷提高，當控制點到達16 個( 即就是按照4條基線或者5 條基線布點) 以後，隨著控制點的增加，其精度變化趨於平穩。
4) 方案三
對於無人機航空攝影測量來說，無論是飛機飛行因素還是實驗區高差因素的影響，高程精度總是沒有平面精度容易達到規範要求。因此，我們提出在實驗區的硬化地表上均勻加一些高程點用來參與高程平差，通過與沒有硬化地表點的加密結果進行對比，結果見表2。
表2 有無硬化地表點參與加密的精度對比( 單位: m)
通過上表計算可得，未加硬化地表高程點時高程中誤差為0. 221，加上硬化地表點之後高程中誤差為0. 183( 規範0. 28 m) 。因此，可採用測區硬化地表高程點參與高程平差，來提高測區空三加密成果精度。
4、結束語
本文以沙苑測區為研究物件，根據不同方案進行加密試驗，通過對試驗結果的對比分析，得出提高無人機大比例尺航攝成圖精度的方法，為無人機航攝成圖奠定了理論和實踐基礎。
1) POS 資料參與空三轉點時，其轉點品質明顯優於沒有POS 資料參與的情況，POS 參與空三加密可提高成圖精度。
2) 引入硬化地表高程點參與平差，能提高空三加密的高程精度，從而提高整個地形圖的成圖精度。
3) 對於1∶ 1 000 的類似于沙苑實驗區的平原來說，選取5 條基線的布點方案就可以滿足《GBT23236 - 2009 數位航空攝影測量———空中三角測量規範》，若按照此方案來進行外業像控布點，不但不會造成外業盲目的工作量，而且可以使加密精度有所保證，從而提高大比例尺成圖精度。