从一键快拼到高精度测绘——航天远景无人机综合处理新方案

1 无人机技术发展现状

由于传统的航空摄影技术对机场和天气条件的依赖性大、成本高、航摄周期长，造成了数据获取能力不足，无法满足我国经济建设及空间信息服务的需求，因此急需新的遥感技术为日益发展的经济建设和文化事业服务。以无人驾驶飞机为空中遥感平台的技术，正是适应这一需要而发展起来的一项新型应用性技术，能够较好地满足现阶段我国对航空遥感业务的需求，对陈旧的地理资料进行更新，从而充分保障数字中国、数字城市建设的空间信息的需求。

无人机遥感系统多使用小型数字相机(或扫描仪)作为机载遥感设备，与传统的航片相比，存在像幅较小、影像数量多等问题，因此需要针对其遥感影像特点以及相机定标参数、拍摄姿态数据和有关几何模型对影像进行几何和辐射校正的软件系统进行交互式处理，同时还需影像快速拼接、影像质量以及飞行质量的快速检查和数据快速处理软件，从而满足整套系统实时、快速的技术要求。

2 航天远景无人机综合处理新方案

随着国内无人机应用市场的逐渐升温，航天远景在无人机影像后处理方面也投入了大量的人力、物力，围绕无人机高精度测绘和快速处理两项关键技术展开研究。目前已掌握针对无人机大旋偏角影像的自动匹配技术、高精度空中三角测量技术以及影像图快拼技术等一系列核心技术，并在国内首次推出便携式的相机检校软件，使得无人机用户随时随地进行相机检校成为可能。特别在2014年10月，航天远景面向有影像图需求的非测绘用户，推出了一键快拼软件OKMatrix，以超越国内外同类软件数倍的速度优势，大幅提升了国土、林业、农业、水利、电力等行业用户的操作体验。

纵观航天远景的无人机软件产品线，品种繁多，交相辉映，共同组成了完善的无人机后处理体系。根据软件的功能特点和市场定位，可以将产品线分为两类：

(1) 面向测绘用户的无人机高精度方案

对于广大的测绘用户来说，精度是一切问题的出发点和落脚点，只有解决了精度问题，无人机技术才能在测绘领域中得到应用。航天远景无人机测绘软件产品线始终围绕“精度”，已经能够满足1：1000比例尺地形图精度要求。

(2) 面向行业用户的一键快拼方案

对于广大的非测绘行业用户，影像图的需求强烈，但是本身并不掌握复杂的摄影测量工艺。航天远景在充分调研行业用户需求的基础上，推出了无人机一键快拼套件OKMatrix，将无人机影像图制作简化为“一键”。

2.1 面向测绘用户的无人机高精度方案

利用无人机进行高精度地形测绘，涉及到图1所示的多个环节，只有每一个环节的质量指标满足要求，最终的成果才能满足要求。航天远景的无人机高精度测绘方案正是基于这一思路，着眼于无人机地形测绘的全局，将精度指标分解到各个环节，层层把关，逐级控制。针对无人机测绘的各个阶段对软件系统的不同需求，航天远景提供了一系列的软件系统，从而解决了无人机小数码影像的航拍现场快速影像质量检查、相机布控、相机辐射校正、内业空三以及高精度大比例尺3D产品的快速生产等各个阶段的问题。

图 1 航天远景无人机高精度测绘全流程图

2.1.1 航拍阶段

航拍阶段的工作重点是获取无人机测绘所需的影像，旋偏角、重叠度以及航线弯曲度是这个阶段的重要指标。在航天远景的无人机方案出现之前，航拍阶段缺少有效的质量控制手段，通常是在空三加密的时候，根据自动转点的情况评价航飞质量，当发现质量不合格时，只能重飞，造成工期浪费，也增加了生产成本。

航天远景OKMatrix是一款针对无人机的航飞质量检查软件，为航飞队提供现场航拍质量评估能力，能够在5～10分钟内完成一个架次的质量评价工作，输入图2所示的质量报告。

图 2 质量报告

图(a)，以文字和统计报表的形式表达航拍质量的关键指标，图(b)、(c)，以图形化的形式显示航拍区的概略影像、稀疏DEM和重叠度，提高质量检查结果的直观性。

2.1.2 像控测量阶段

一般情况下，无人机影像幅面远小于传统航摄仪获取的影像幅面，如果参照传统航空摄影测量的标准进行控制点的布设，则需要布设大量的地面控制点。控制点合理布设、控制点的外业量测以及控制点的内业转刺成为像控测量阶段的主要任务。在航天远景的无人机方案出现之前，通常需要进行自由网平差，生成测区镶嵌图，对照镶嵌图和航片，人工布设控制点，并制作像控片，再有外业测量人员携带纸质的镶嵌图和像控片，到野外测量控制点的物方坐标。在这个作业过程中，控制点的布设是一个人工过程，其合理性高度依赖于作业员的经验，外业测量人员所携带的纸质材料也能有效发挥现代导航技术的优势，不能有效指引作业员以最快的方式到达既定点位。这些问题的存在制约了像控测量的工作效率，尤其是在无人机测绘需要大量地面控制点的情况下，这一问题更加突出。在工期和成本紧张的情况下，只能尽量减少控制点的使用量，对最终成果的精度产生潜在的威胁。

航天远景SurveyMatrix致力于像控测量的无纸化和智能化。图3为SurveyMatrix四大功能：(1)全自动布控，点位分布更合理，布设质量与作业员经验相关度低;(2)外业测量智能导航，能够依据作业所处位置，自动计算到达每一个既定点位的最有路线，加快寻点过程;(3)测量、平差同步进行，能够即时发现控制测量中的粗差点，减少返工;(4)测量、记录一体化，与RTK手簿无缝结合，既能记录点位也能拍摄现场照片，建立照片和点号之间的关联关系，杜绝点号、点位及现场照之间的张冠李戴。

图 3 SurveyMatrix 功能示意图

2.1.3 相机检校阶段

无人机上通常搭载家用数码相机，这类相机的畸变比较大，如果不进行精密检校而直接用于摄影测量，即使在空三加密阶段采用了带系统误差自检校的光束法区域网平差算法，仍然不能满足高精度测绘的要求，为此，相机检校成为无人机高精度测绘中至关重要的一个环节。在航天远景的无人机方案出现之前，用户需要每隔一段时间，将相机快递到具备相机检校能力的实验室进行检校。由于来回快递，周期至少3天时间，而无人机的航拍时间窗口有限，与天气密切相关，用户通常会为了在气象条件良好时抓拍，而放弃起飞前的相机检校，这将对无人机的高精度测绘产生不利影响。