第４１卷第２期 ２０１８年２月 测绘与空间地理信息 ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ ｌＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＥＣＨＮｏＩＤＧＹ Ｖ０１．４１．Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．。２０１８ 低空无人机航测像控点布设方法探讨 喻帆 （新疆巴州国源测绘规划中心，新疆库尔勒８４１０００） 摘 要：以新疆巴音郭楞蒙古自治州和硕县塔哈其乡古努恩布呼村作为实验区，利用固定翼轻型电动无人飞机 航摄系统，获取影像数据使用Ｐｉｘ４ｄＭａｐｐｅｒ全自动快速无人机数据处理软件，对像控点布设方式及数量进行探 讨，制作出１：１ ０００的数字真正射影像，满足农村地籍调查及集体建设用地使用权确权登记工作（以下简称“农村 地籍调查工作”）调查底图的精度要求，最终总结出像控点布设方式及数量较为合理的方案，可为后期影像数据 生产提供技术参考。 关键词：无人机；像控点；地籍调查；精度分析 中图分类号：Ｐ２３１．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５８６７（２０１８）０２—１６７一ｏ４ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｌｏｗ．．．ａｌｔｉｔｕｄｅ ＵＡＶ Ａｅｒｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔｓ Ｌａｉｄ Ｍｅｔｈｏｄ ＹＵ Ｆａｎ （Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｂａｚｈｏｕ Ｇｕｏｙｕａｎ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｋｏｒｌａ ８４１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｐｉｘ４ｄＭａｐｐｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ，ｗｅ ｗｉｌｌ ｐｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｒｕｅ ｏｒｔｈｏ ｉｍａｇｅ ｆｒｏｍ ＵＡＶ ｄａｔａ ａｔ １：１ ０００ ｍａｐｐｉｎｇ ｓｃａｌｅ ｉｎ ｏｕｒ ｔｅｓｔ ｓｉｔｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ Ｇｕｎｕｅｎｂｕｈｕ ｖｉｌｌａｇｅ，Ｔａｈａｑｉ ｃｏｕｎｔｒｙ，Ｈｅｓ— ｈｕｏ ｃｏｕｎｔｙ，Ｂａｙｉｎｇｏｌｉｎ Ｍｏｎｇｏｌｉａｎ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｐｒｅｆｅｃｔｕｒｅ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ，ｔｏ ａｃｃｅｓｓ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｕｒｌａ ｅａｄａｓｔｒａｌ ｓｕｒｖｅｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｕｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｗｅ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｐｏｓｔ—ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＡＶ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ；ｃａｄａｓｔｒａｌ ｓｕｒｖｅｙ；ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏ 引 言 全面开展农村地籍调查工作，进一步查清宗地的空 行姿态不稳定等特点，目前相关规范对低空无人机摄影 测量控制点的布设方式及数量并没有明确规定，而像控 点的数量及其分布是影响区域网加密精度的一个非常重 要的因素，因此在满足内业成图精度的前提下，为了减少 野外像控点布设数量，得出适合低空无人机航摄的最佳 像控点布设方式及数量是一个迫切需要解决的问题。 间位置以及利用现状，构建完善的地籍管理制度和完整 的地籍管理信息系统是保障农民合法权益、节约和保护 耕地、加快推进新农村建设的现实需要。农村地籍调查 的开展，获取大比例尺地籍调查的工作底图，是按时完成 农村地籍调查的首要任务。巴音郭楞蒙古自治州占新疆 总面积的四分之一，是中国面积最大的地级行政区，但是 目前需要调查的农村大多没有１：１ ０００的调查底图，为确 １实验区概况 １．１ 实验区范围 测区位于新疆巴州和硕县塔哈其乡古努恩布呼村， 地理坐标在东经８６。５５ ３０ 一８４。５９ ００ 、北纬４２。ｌ５ ２０ 一 ４２。ｌ７ ２１”之间，总面积约２０ ｋｍ ，航飞区域为平原地区， 保在３年时间内顺利完成农村地籍调查工作，必须采取快 速高效的方法获取地籍调查的工作底图。低空无人机航 空摄影测量技术作为一种新的测绘手段，可针对每个农 地势平坦，大部分为农村居民点。 村居民区域的分布状况制定飞行任务，可快速获取高分 辨率影像数据，通过外业像控测量、内业空三加密，制作 出满足村庄地籍调查精度要求的工作底图，可为农村地 籍调查提供基础性资料。 无人机获取的影像具有像幅小、基线短、重叠大、飞 收稿日期：２０１６—１２—１２ 作者简介：喻１．２实验区航空影像 此次航拍采用固定翼电动无人机作为飞行设备，本 次试验共３个架次，敷设２８条航线，每条航线约６０条基 线，获取的真彩色像片１ ５９５张，影像纹理清晰、色调均 匀；旁向重叠为６０％、航向重叠为８０％，进行高重叠航拍， 帆（１９８９一），女，新疆库尔勒人，助理工程师，学士，主要从事航空摄影测量工作。 ｌ６８ 测绘与空间地理信息 ２０１８鼻 在影像镶嵌时可选取像片中心畸变较小的正射部分制作 真正射影像，同时还可以增强模型内部的连接性和稳定 性，提高成图精度。实验区域主要航摄参数见表１。 表１实验区域航摄参数 Ｔａｂ．１ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｒｅａ ａｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 项目 参数 航摄相机 ＳＯＮＹ ＮＥＸ一７ 相幅大小 （６ ０００×４ ０００）像素 焦距 ２０．４９０ ｍｍ 像元大小 ３．９ ＬＬｍ 航向重叠 ８０％ 旁向重叠 ６０％ 基线长度 ６Ｏ ｍ 地面分辨率 飞行高度 ２像控点布设实验 由上述实验区域航摄的参数可知，此次无人机航拍 获取的影像具有像幅小、基线短、重叠大等特点，传统的 摄影测量规范由航线跨度和基线跨度的形式布设像控 点，制作１：１ ０００数字正射影像，可满足《１：５００ １：１ ０００ １：２ ０００地形图航空摄影测量内业规范》的精度要求，按照 隔航带、隔６条基线的方式布设像控点 ，需要布设１４０ 个点左右。本次无人机航飞数据制作出１：ｌ ０００真正射影 像，是用于地籍调查工作底图，只需要满足平面精度要求 即可，高程精度不做要求，综合考虑外业像控点布设数量 以及内业空三加密精度，按照合适的距离布设像控点是 本次试验探讨的重点。 ２．１ 实验方案 本次试验布设像控点采用的方法是按照一定的距离 选取像控点的位置，先拟定需要布设像控点的距离，分别 是２ ０００ ｍ １ ８００ ｍ １ ６００ ｍ １ ４００ ｍ １ ２００ ｍ １ ０００ ｍ ８００ ｍ、６００ ｍ、４００ ｍ，实际布设的像控点个数分别是４个、 ７个、１０个、１２个、１４个、１８个、２９个、４７个、１１１个，具体 布点情况如图１所示。对同一区域网进行空中三角测量 平差解算，利用相同的１７０个野外检查点分别对不同布点 方案的区域网平差解算结果进行检测。 在实际布设像控点时，点位要选取在影像上清晰可 见、易于分辨的特征地物点上，就不能完全按照预先设定 好的距离进行布点，所以只能根据实际情况选取的点位， 构建三角网，然后计算三角网基线的平均距离，作为最终 距离的参考依据，计算结果见表２。 方案五 ｆｉ ｝一＊文 ７＼ｌ、、ｆ ｝ ０ ■７＼ Ｉ ｛ 蒜曩≥ 、、￡霉 辫 冀 ｌ ｌ ｌ ～ — — ～Ｉ ｌｊ。 ｉ ｌ 建 啦 乏毽ｉ ： Ｉ … 毛一——～一Ｌ ～… ■一 ～一Ｌ一一……一 丽…… 图１像控点布设的九种方案 Ｆｉｇ．１ Ｎｉｎｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｌｉｋｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ 表２不同方案像控点布设计算距离结果 Ｔａｂ．２ Ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ｌｉｋｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ａｒｒａｎｇｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ２．２ 空三加密 本次实验的空三加密采用瑞士Ｐｉｘ４Ｄ公司的无人机 数据处理软件Ｐｉｘ４ｄＭａｐｐｅｒ，根据ｐｏｓ文件建立好的航带， 并设定像点残差的限值以及控制点的权值，通过光束法 进行空中三角测量，完成区域网平差后由软件生成空三 报告。 ２．３制作真正射影像 利用满足精度要求的空三成果，设置提取格网间距， 密集匹配点云后生成三维点云文件，依据匹配的点云生 成实验区１：ｌ ０００数字表面模型（ＤＳＭ）。在空三加密成果 和生成数字表面模型（ＤＳＭ）数据的基础上，进行数字微 分纠正得到单片正射纠正影像（ＤＯＭ），采取自动和人工 相结合的方法，编辑单片正射纠正影像的镶嵌线，获取实 验区１：１ ０００数字真正射影像图。 ２．４矢量化成图 本次无人机航拍的结果用于农村地籍调查的工作底 图，依据１：１ ０００数字正射影像图，采用ＡｒｃＧＩＳ软件、Ｋｑ— Ｔｏｏｌｓ软件对其矢量化，矢量数据的精度必须要满足农村 地籍调查的要求。由《地籍调查规程》可知，地籍图平面 第２期 喻 帆：低空无人机航测像控点布设方法探讨 １６９ 位置精度见表３。 查工作底图中误差为０．４ ｍ的精度要求，那么１：１ ０００影 像图的平面精度必须控制在１０—２０ ａｍ之间，经内业矢量 表３地籍图平面位置精度 化后得到的地籍图才能满足《地籍调查规程》的精度 Ｔａｂ．３ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃａｄａｓｔｒａｌ ｍａｐ 要求。 序号 项目 图上中 图上允许 误差／ｍｍ 误差／ｒａｍ ３实验结果统计与分析 １ 邻近地物点的间距误差 ±０．４ ±Ｏ．８ ２地物点相对于邻近地物点的点位误差 ±０．５ ±１．Ｏ ３．１ 实验结果统计 本次试验采用相同的１７０个野外检查点，以１：ｌ ０００ ｌ：ｌ ０００正射影像分辨率为１０ ｃｍ，即正射影像上一个 正射影像图的一般地物点平面位置精度０．２ ｍ为中误差， 像元的精度为１０ ｃｍ，这是影像误差，也是系统误差，理论 对像控点不同布设方案的区域网平差解算结果进行统计 上内业矢量化时人为误差可以控制在±１０ ａｍ，即一个像 分析，见表４。 元，但在实际生产过程中，内业矢量化１：１ ０００影像精度误 差可以控制在±１０一±２０ ｃｍ之间。如果要满足地籍调 表４像控点不同布设方案平差解算结果（ｍ） Ｔａｂ．４ Ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ ｃｅｒｔａｉｎ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｌｕｔｓ（ｍ） ３．２实验结果比较与分析 观察检查点的平面中误差的变化趋势（见图２），方案 通过对像控点不同布设方案平差解算结果（见表４） 一到方案七平面中误差减小幅度较大，方案七到方案九 进行比较分析，可以看出： 中误差的变化幅度趋于平稳，由此可知，虽然检查点平面 观察检查点的平面误差，方案一至方案六均不能满 精度随控制点的密度增加而提升，但当控制点的数量达 足１：１ ０００正射影像图的一般地物点平面中误差０．２ ｍ，方 到一定程度后，增加平面控制对平面精度的影响不大。 案七至方案九均可满足规范精度要求，其中方案九的平 传统的摄影测量规范由航线跨度和基线跨度的形式 面精度最好。 布设像控点，需要布设１４０个点左右，而方案九按照预设 通过对检查点精度统计表的数据，加以分析绘制中 ４００ Ｉｌｌ间距布设１１１个像控点，其平面中误差为０．１１ ｍ， 误差曲线图（如图２所示），可以直观地看出９种方案计 由此可知，当像控点布设到１４０个点时，平面精度也不会 算出检查点的平面中误差数值逐次递减。随着控制点的 有较大提高，因此，不必严格按照传统空三的区域布点要 密度增加，空三加密的精度有所提升，检查点的平面精度 求，可以根据具体情况，按照合适的间距布设像控点。 也越 综上所述，像控点布设的间距控制在１ ０００ ｍ以内，可 以满足地籍调查工作底图的精度要求，控制在８００ Ｉｌｌ以 内，区域网空三解算的稳定性和精度均较优。虽然布设 间距在４００ ｍ以内，平面精度最好，但外业测量控制点成 本较高，不予考虑；因此布设像控点较为理想的间距是 ６００－－８００ Ｉｌｌ，但随着测区的面积增大和有不规则的区域存 在，同时顾及到无人机飞行姿态不稳定等因素，从内外业 综合考虑，方案八是既经济又有效的像控点布点方式，即 像控点布设的间距在６００ ｍ左右最为合适。 ４结束语 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ａ ｐｌａｎｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ 本文以新疆和硕县塔哈其乡古努恩布呼村作为实验 ｅｒｒｏｒ ｇｒａｐｈ ｌａｙｏｕｔ ｐｒｏｇｒａｍｓ 区，利用固定翼轻型电动无人飞机航摄系统，基于 １７０ 测绘与空间地理信息 ２０１８聋 Ｐｉｘ４ｄＭａｐｐｅｒ全自动快速无人机数据处理软件，对像控点 标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ７９３１—２００８，１：５００、１：１ ０００、 布设方式及数量进行探讨，根据精度验证的分析结果，在 满足农村地籍调查工作底图的平面精度要求的基础上， 总结出像控点合理布设较合理的方案，由此得到以下 结论： １：２ ０００地形图航空摄影测量外业规范［ｓ］．北京：中国 标准出版社，２００８． 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家 标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ７９３０—２００８，１：５００、１：１ ０００、 １）增加平面控制能提高区域网平差的整体精度，采 取密集布设像控点的方式，地物点的平面精度得到明显 １：２ ０００地形图航空摄影测量内业规范［ｓ］．北京：中国 标准出版社，２００８． 提升，但当控制点的数量达到一定程度后，增加平面控制 对平面精度的影响不大。 ２）本次无人机航飞数据制作出１：１ ０００正射影像，是 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家 标准化管理委员会．ＧＢ／Ｔ２３２３６—２００９，数字航空摄影 测量空中三角测量规范［Ｓ］．北京：中国标准出版 社，２００９． 用于地籍调查工作底图，高程精度不做要求，通过内业矢 量化后的数字线化图，可以满足地籍图平面中误差为 中华人民共和国国土资源部．ＴＤ／ＴＩＯ０１—２０１２地籍调 ０．４ ｍ的精度要求。 ３）按照传统的摄影测量规范由航线跨度和基线跨度 的形式布设像控点，需要布设１４０个点左右，为了减少野 查规程［ｓ］．北京：中国土地管理出版社，２０１２． 国家测绘地理信息局．ＣＨ／Ｔ３００６—２０１ １，数字航空摄影 测量控制测量规范［Ｓ］．北京：中国测绘出版社，２０１１． 王志勇，张继贤，黄国满．数字摄影测量新技术［Ｍ］．北 ６ １Ｊ外像控点布设数量，并且能满足１：１ ０００农村地籍调查调 绘底图平面精度，像控点布设的间距在６００ ｍ左右，布设 ２ ］Ｊ １Ｊ３ １ｊ４ ５ ７ 京：测绘出版社，２０１２． 买小争，杨波，冯晓敏．无人机航摄像控点布设方法探讨 ４７个像控点是既经济又有效的布点方式。 ［Ｊ］．测绘通报，２０１２（Ｓ１）：２６８—２７１． 参考文献： ［１］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家 ［编辑：吴鹏］ （上接第１６６页） 表１车道电子地图要素配图示例 Ｔａｂ．１ Ｌａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｐ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｅｘａｍｐｌｅｓ ２结束语 车载移动测量系统精度高、速度快、数据丰富，基于 ＣＯＲＳ—ＲＴＫ检测，中误差为０．０６ ｍ，９５％的点都在０．１ ｍ 以内，完全能够满足道路各项基础地理信息数据获取的 要求，制作高精度的道路电子地图，甚至三维电子地图。 随着我国北斗导航系统的发展，全部建成后，任意时刻亚 太地区都可观测到超过１５颗ＧＮＳＳ卫星，可弥补ＧＰＳ在 亚洲区分布不良的缺点，实现利用ＧＮＳＳ进行实时精密车 辆定位。高精度的车道级电子地图与车辆实时定位技术 的结合，可推进智能无人驾驶汽车的发展，在智能交通管 理、高级驾驶辅助系统（ＡＤＡＳ）等领域有着广阔的应用 前景。 参考文献： ［１］ 王果，崔希民，袁德宝．车载激光点云领域比较的道路边 线提取方法［Ｊ］．测绘通报，２０１２（９）：５５—５７． ［２］谭贲，钟若飞，李芹．一种车载激光扫描数据的地物分类 方法［Ｊ］．遥感学报，２０１２，１６（１）：５０—６６． ［３］ 马浩，王留召．基于车载激光点云的道路边线自动分类 与提取［Ｊ］．测绘科学，２０１４，３９（６）：１２６—１３２． 通过ＡｒｃＧＩＳ地图配置，完成了本项目的车道电子地 图的制作，局部示意如图９所示。 ［４］ 吴宾，余柏蒗，岳文辉，等．一种基于车载激光扫描点云 数据的单株行道树信息提取方法［Ｊ］．华东师范大学学 报：自然科学版，２０１３（２）：３８—４９． ［５］ 高自强，王忠仁．３维激光扫描树干提取与建模研究 图９大型立交配图效果图 Ｆｉｇ．９ Ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｏｖｅｒｈａｎｇｉｎｇ ｍａｐ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇｓ ［Ｊ］．测绘与空间地理信息，２０１２，３５（７）：６７—６９． ［编辑：任亚茹］