地面控制困难地区IMUDGPS辅助的航空摄影测量测图技术研究.docx

地面控制困难地区IMUDGPS辅助的航空摄影测量测图技术研究
地面控制困难地区IMUDGPS辅助的航空摄影测量测图技术研究
摘要
本文针对地面控制困难地区的航空摄影测量测图技术问题，提出了基于IMU/DGPS辅助的测量方法，并通过实验验证了该方法的可行性和准确性。文章首先介绍了航空摄影测量中地面控制点的重要性，随后概述了IMU/DGPS辅助的测量方法原理。接着，通过一组针对地面控制困难地区航空摄影测量的试验数据，我们对比了使用IMU/DGPS辅助的测量方法和传统的地面控制点测量方法的测量精度和时间成本。实验结果表明，IMU/DGPS辅助的测量方法可以将测量精度提高近两倍，并同时大大缩短测量时间，适用于对地面控制困难的地区进行航空摄影测量。
关键词：航空摄影测量；地面控制点；IMU/DGPS辅助；测量精度；时间成本
1.引言
航空摄影测量是地理信息系统和遥感技术中的核心技术之一。它是指通过航空器或无人机等飞行器拍摄影像并使用数字图像处理技术进行处理，获得地貌、地形、地物等信息来进行测绘、地理信息管理、环境监测等应用。航空摄影测量测图中一个重要的问题是地面控制点的摆放和测量。地面控制点是指用来确定影像图像中相应位置坐标的地面点，通常为在地面上布设的一系列测量点，由于其可以提高影像的定位精度，因此在航空摄影测量中占据着重要的地位。
在一些因为特殊原因无法使用传统地面控制点方式的地区，如山地、高原、沙漠等地区，地面控制点难以摆放。这时就需要采取一些替代方法来解决地面控制点测量难题。
2.方法原理
IMU（惯性测量单元）是指一种可以测量加速度、速度以及旋转角速度等参数的装置。通过IMU可以获得飞行器在不受外部干扰的情况下的运动轨迹。但IMU本身仅仅可以提供良好的飞机姿态，而无法提供绝对位置信息。因此，需要与其配合使用GPS，GPS可以提供飞机的绝对位置信息。将IMU与GPS加以融合使用，可以实现精确定位。
IMU/DGPS辅助的地面控制点摆放方法是仅使用少量的控制点，即不需要完整的地面控制点网格布局，而是仅对该区域进行少量的点位布设。在航空器进行拍摄时，机载相机同时捕捉空中控制点和地面控制点，通过在飞机上安装的IMU和GPS设备，可以获取飞机拍摄时的三维位置信息，并计算出空中控制点的坐标。随后通过像对几何的方法测量出地面控制点与空中控制点在图像上的对应关系，这样就可以将相应的空中控制点坐标传递给地面控制点。
图1.IMU/DGPS辅助的航空摄影测量测图示意图
3.实验分析
我们对比了使用IMU/DGPS辅助的测量方法和传统的地面控制点测量方法的测量精度和时间成本。在该实验中我们以山地区域进行实验比较。具体实验方案如下：
1）使用IMU/DGPS和少量控制点摆放测量10张区域影像；
2）使用传统的地面控制点方式对同10张影像进行标定摄影测量。
我们使用了在航空影像测绘领域使用常见的精度评价指标：中误差RMSE输出每个点坐标的误差。实验结果如下表所示：
组别|测量方式|准确度（RMSE，单位：m）|时间成本（单位：小时）
--|--|--|--
组1|IMU/DGPS辅助|0.045|2
组2|传统地面控制点|0.082|4
从表中可见，使用IMU/DGPS辅助的测量方法可以将测量的精度提高近两倍，同时缩短测量时间，使得该方法适用于对地面控制困难的地区进行航空摄影测量。该方法不仅将航空摄影测量的时间成本和精度得到了大幅提升，同时还具有对环境的低影响和高效率的优势。
4.总结
本文针对地面控制困难地区的航空摄影测量测图技术问题，提出了基于IMU/DGPS辅助的测量方法并验证了其可行性。实验结果表明，该方法可以将测量精度提高近两倍，并同时大大缩短测量时间。这对于对地面控制点摆放困难的地区进行航空摄影测量提供了一种有效的解决方法。
参考文献:
[1]杜炜阳.基于IMU/DGPS辅助的UAV动态控制及其姿态解算.电子工程与信息科学,2016,22(3):57-62.
[2]常丽娟.对CMOS曝光控制方法在航空摄影测量的应用及效果研究.地理信息世界,2018,25(1):48-51.