無人機機載三模單頻GPS直接定向案例

2020-03-23 18:34:12 longuav 37

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,證明飛馬智能航測系統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。

基于F1000機載三模單頻GPS直接定向案例


測區分析

為測試飛馬智能航測系統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,海拔最高約178m,最低約145m。

精度要求

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

測圖比例尺

地面分辨率值(cm)

1:500

5

1:1000

8~10

1:2000

15~20

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。

飛行方案

測區面積約1km2,地形屬于平地,平均海拔約161m,最高約178m,最低約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,根據測區內最高點和最低點高程,計算可得實際獲取影像的GSD為4.4cm~5.1cm,符合設計需求。

1.jpg

圖 1 測區航線規劃圖


地面靶標布設方案

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。

2.jpg

圖 2 地面靶標示意圖


飛行參數

采用飛馬智能航測系統F1000進行航攝。具體參數如下:

表 2 F1000航攝參數

航攝時間

2016.04.25

航攝相機

SONY-α5100

像元大小

3.9μm

鏡頭焦距

20 mm

相對航高

256m

地面分辨率

0.05m

快門速度

1/1250

光圈大小

3.2

ISO

125

飛行里程

15.3km

飛行時間

15分鐘

拍攝像片

304

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。

 衛星定位數據

飛馬智能航測系統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,有效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。

質檢報告

3.jpg

圖 3 質檢報告


空三加密

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。

直接定向精度

本次實驗中,GPS數據來源于飛馬智能航測系統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

ID

地面量測值(m)*

DOM量測值(m)*

X

Y

X

Y

f1

8291.548

6537.079

8291.052

6538.360

f2

8247.606

6487.826

8246.746

6489.300

f3

8215.136

6453.402

8214.099

6454.805

f4

8174.210

6417.528

8173.253

6418.647

f5

8139.103

6373.348

8137.997

6374.701

f6

8073.302

6314.483

8071.757

6315.745

f8

8048.552

6408.837

8047.298

6410.298

f9

8093.524

6458.011

8092.792

6459.995

f10

8180.309

6488.627

8179.454

6490.000

f11

8217.079

6521.557

8216.298

6523.046

f12

8258.290

6559.354

8257.545

6560.750

f13

8170.937

6624.636

8170.353

6626.546

f14

8152.937

6584.167

8152.652

6586.700

f15

8113.755

6563.328

8112.845

6564.948

f17

8037.276

6480.913

8036.548

6482.339

f18

7979.956

6440.485

7978.743

6442.345

f19

7938.466

6472.861

7937.197

6474.403

f20

7958.810

6532.077

7958.100

6533.751

f21

8003.345

6566.989

8002.651

6568.550

f22

8039.927

6606.669

8039.269

6608.174

f24

8087.375

6658.886

8087.143

6660.349

f26

8020.299

6652.336

8020.496

6654.949

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

ID

差值(m)

X

Y

XY

f1

0.297

-0.324

0.439

f2

-0.067

-0.131

0.147

f3

-0.244

-0.202

0.316

f4

-0.164

-0.486

0.512

f5

-0.313

-0.252

0.401

f6

-0.752

-0.343

0.826

f8

-0.461

-0.144

0.482

f9

0.061

0.379

0.384

f10

-0.062

-0.232

0.240

f11

0.012

-0.116

0.117

f12

0.048

-0.209

0.214

f13

0.209

0.305

0.370

f14

0.508

0.928

1.059

f15

-0.117

0.015

0.118

f17

0.065

-0.179

0.190

f18

-0.420

0.255

0.491

f19

-0.476

-0.063

0.480

f20

0.083

0.069

0.109

f21

0.099

-0.044

0.109

f22

0.135

-0.100

0.168

f24

0.561

-0.142

0.579

f26

0.990

1.008

1.413

最大值

0.990

1.008

1.413

中誤差

0.376

0.367

0.321

可見,消除系統誤差的影響后,直接定向得到的DOM上地面靶標的最大平面誤差約為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)

4.jpg

圖 4 地面靶標分布圖


DOM成果圖

5.jpg

圖 5 DOM成果圖


實驗結論

本次低空遙感航測任務快速高效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。

飛馬智能航測系統F1000搭載了三模單頻GPS,通過精確獲取攝影中心的位置信息,能夠有效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可快速高效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、特殊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可靠的數據支撐。


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