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基于无人机航测立体像对采集大比例尺地形图的数学精度影响因素分析
摘要
无人机航测立体像对采集大比例尺地形图需满足较高数学精度要求，影响因素主要包括姿态精度、相机内外方位元素精度、地面控制测量精度和数字图像后处理精度等，本文对这些因素进行分析，并提出了相应的解决方案，以优化无人机测量图像的精度。
关键词：无人机航测；立体像对；地形图；数学精度；影响因素
Abstract
Theacquisitionoflarge-scaleterrainmapsbyunmannedaerialvehicle(UAV)photogrammetryrequireshighmathematicalaccuracy.Theinfluencingfactorsmainlyincludeattitudeaccuracy,camerainternalandexternalorientationelementaccuracy,groundcontrolmeasurementaccuracy,andaccuracyofdigitalimagepost-processing.ThispaperanalyzesthesefactorsandproposescorrespondingsolutionstooptimizetheaccuracyofUAVmeasurementimages.
Keywords:UAVphotogrammetry;stereoimagepairs;terrainmaps;mathematicalaccuracy;influencingfactors.
引言
随着无人机技术的不断发展，无人机航测成为获取地形信息的重要手段。无人机航测具有高效、精度高、成本低等优势，能够满足大比例尺地形图测绘的需求。但是，无人机航测立体像对采集大比例尺地形图的数学精度要求很高，而且影响因素也比较多。因此，深入分析无人机航测立体像对采集大比例尺地形图的数学精度影响因素，对于提高地形图测绘精度和有效性具有重要意义。
一、姿态精度
无人机航测时，其姿态稳定性直接影响立体像对的拍摄精度。因此，姿态精度是影响地形图测绘精度的重要因素。无人机的姿态是通过惯性导航系统来测量的，其精度取决于惯性测量单元的性能。影响惯性测量单元精度的因素包括惯性测量单元本身的精度、惯性测量单元的安装位置和安装角度等。为提高姿态精度，可以采用以下方法：
1.改善惯性测量单元的性能，使用精度更高的惯性测量单元。
2.选取合适的安装位置和安装角度，避免干扰因素对惯性测量单元的影响。
二、相机内外方位元素精度
相机内外方位元素的精度直接影响立体像对的匹配精度和三维重建精度。相机内外方位元素的精度受到相机自身精度和标定精度的影响。为提高相机内外方位元素精度，可以采用以下方法：
1.对相机进行精密标定。相机标定是一种通过测量已知几何样板作为标定工作的基础实现的技术。标定过程中，应对样板的形状、大小、材质等进行统一获得并精准测量。
2.对相机进行姿态定向，提高相机外定位精度。外定向是指将相机的远距离测量与姿态测量相结合，将相机放置在空间中且其位置、方位角和仰角已知的情况下，推导出相机的姿态角与位置点坐标的过程。
三、地面控制测量精度
地面控制测量是影响无人机航测立体像对精度的一个重要因素。地面控制测量精度的好坏会直接影响到立体像对的匹配精度和三维重建精度。为提高地面控制测量精度，可以采用以下方法：
1.控制基准点的选择。基准点应尽可能靠近摄影区域的四周，重点关注基准点和摄影区域的交界处。
2.控制基准点精度。基准点的精度应达到或超过地形测量精度的要求。对于不同的摄影高度和基准点数量，应制定相应的基准点精度控制标准。
四、数字图像后处理精度
数字图像后处理是无人机测绘中一个非常重要的步骤，影响地形图测绘精度。数字图像后处理的结果包括匹配精度、地形数据提取精度和三维模型精度等。为提高数字图像后处理精度，可以采用以下方法：
1.改善图像质量。要尽可能选择曝光正确，清晰度较高，无过曝或欠曝现象的图像。
2.选择合适的图像配准算法。采用较为准确的数字图像配准算法，如SURF算法、SIFT算法和ORB算法等。
结论
本文详细分析了无人机航测立体像对采集大比例尺地形图的数学精度影响因素，包括姿态精度、相机内外方位元素精度、地面控制测量精度和数字图像后处理精度。并在此基础上提出了相应的解决方案，如改善惯性测量单元性能、对相机进行精密标定、优化地面控制基准点和选择合适的图像配准算法等。这些方法对于优化无人机测量图像精度，提高地形图测绘精度和有效性具有重要意义。