攝影測量在攝影技術發展的歷史中經歷了三個階段，分別為模擬攝影測量階段、解析攝影測量階段和數字攝影測量階段【1】，現如今，已經全面步入數字攝影測量時代。在國家開放低空空域，深化低空空域管理改革的背景下【2】，小型化的無人機航空攝影測量，開始逐步被測繪、林業、礦業、交通、水利、電力等行業所接納，并用于大比例尺測圖、地籍測量、智慧城市建設、災害監測、應急保障快速測繪、國家基礎測繪等項目。然而，大比例尺數字測圖要求點位精度高，野外數據采集的方法必須準確可靠【3】。拓普康天狼星無人機航測系統作為一種新型的航測技術，彌補了中低空普通航空大比例尺測圖出現的不足，成為基礎地理信息數據獲取的一個新手段。我們也隨之意識到，努力提高量測精度和作業水平，這是保證航測大比例尺成圖精度的重要措施【4】。本文通過天狼星無人機進行小范圍實際測圖，以1：500大比例尺測圖標準為參考，對其測圖精度驗證分析。 　　1 天狼星無人機航攝系統 天狼星(Sirius PRO)無人機測圖系統是美國拓普康定位系統公司研制的高精度無人機測圖系統，通過高精度的定位定向(Position and Orientation System，POS)系統記錄高精度姿態參數【5】，可大大節省整個航空攝影加密測圖流暢的工作時間【6】，能顯著提高作業速度【7】。它配備有從飛行計劃、影像獲取、后處理到數據分析的全套軟件，屬于微型電動固定翼RTK航空測圖系統。 　　1.1 無人機飛行平臺 拓普康天狼星(Sirius PRO)無人機采用了富士XM1相機，APS-C-X-Trans CMOS傳感器，對不同的高精度3D城市建模、高清影像航測應用需求提供了最大的滿足。手拋式起飛，在執行航測飛行任務和返回著陸過程中始終保持自動駕駛的穩定飛行姿態，抵御不良天氣，保證成像穩定并自動化操作。 拓普康天狼星將100Mz RTK模塊集成到無人機內，在無人機航測領域內首次實現了無地面像控的測量方式，利用實時差分數據固定解具有厘米級精度的RTK技術和無人機相結合，實時獲取曝光點空間位置達到無像控，從而實現無地面控制的高精度、實時攝影測量與遙感【8】，以更便利快捷的方式采集野外數據，使得外業測量工作強度降低，改善了工作效率，節約了生產成本。在數字攝影測量時代，少用地面控制點或無地面像控不但可以減輕野外測量強度，縮短作業周期，而且可以提高航空攝影測量作業的自動化強度【9】。 　　1.2 數據通訊 天狼星的通訊模式與傳統無人機不同，它的遙控器和連接器采用的是一種獨立雙通訊的鏈路，如果其中的一條鏈路出現故障，這時另外一條鏈路也可以提供完整的控制，這種通訊機制實現了雙備份的功能，為安全飛行提供了最有力的保障。 　　1.3 配套軟件 天狼星標準配套軟件主要包括飛行計劃軟件MAVinci Desktop和影像后處理軟件PhotoScan Pro。通過這兩種主配套軟件，用戶通過一鍵式后處理接口，實現正射影像DOM、數字表面模型DSM和點云三種不同類型的生產結果。不僅如此，用戶還可選擇多種數據加工和編輯平臺滿足不同的需求，實現生成等高線、體積量計算、DLG編輯、虛擬測量等不同功能。 　　2 拓普康天狼星無人機1：500地形圖施測　　2.1 項目測區概況 測區位于上海市崇明區某農田附近。測量面積為0.058km2，測區大部分為水田，中間交叉鄉村水泥小路，交通條件便捷，測區地勢起伏平緩，植被主要為水稻、草地和蘆葦，通視條件較好。 　　2.2 作業航飛 根據測區現狀以及天狼星無人機成圖比例尺1：500測圖精度驗證分析需求，選擇目標區域和期望的地面采樣距離后，飛行計劃軟件Desktop軟件自動創建獨立的飛行計劃，飛行相對航高127m，地面分辨率3cm，航向重疊率80%，旁向重疊度70%，設計航線手拋式起飛進行航測數據采集。 在航飛之前，為檢驗航測精度，在測區范圍內噴繪擺設10處50cm×50cm十字檢測靶標，均勻分部在測區內，用每個檢測靶標中心點作為檢測點。使用測區附近D級GPS控制網的控制點作為控制基礎，坐標系統為BJ54坐標系，3°帶投影，中央經線121.466667E，利用RTK技術，在固定解狀態下進行測量，為保證檢測點自身精度，每個檢測點在測量過程中進行3次采集，取其平均值作為最終成果【10】。 　　2.3 數據處理 攝影測量大數據的處理是現階段攝影測量迫切需要解決的問題【11】，天狼星無人機對此做了很大的改善。本次項目航飛完成后，通過MAVinci Desktop對高精度POS數據的下載和航飛影像的自動匹配，導入PhotoScan Pro數據處理軟件，是一款由俄羅斯Agisoft公司研發的一款基于影像自動生成高質量三維模型的軟件，它根據多視圖三維重建技術，可以對任意照片進行處理【12】，無需控制點，無需人工干預的情況下【13】，實現航測成果中DOM和DEM產品的自動生成，生產結果疊加后導入清華三維EPS 3DSurvey中進行“裸眼畫3D”的新型工作模式立體測圖。本文項目測區航飛時間為9分鐘，航攝167張影像，軟件處理匹配時間1小時7分鐘，校準優化時間5分鐘46秒，密集點數量16012906個，深度過濾處理時間12分45秒，重建測區DEM，如圖1所示。

 圖1 重建DEM 　　3 精度檢核分析 從本次項目Agisoft PhotoScan+MAVinci插件的處理報告中獲悉航攝日志相關參數，可以反映相機位置精度。在后處理得到正射影像和DSM后，從正射影像上量測了均勻分布的10個標志檢測點的平面坐標，并在DSM上量測了對應的高程，對天狼星無人機航測平面精度和高程精度進行檢驗。 　　3.1 相機位置和誤差估計分析 天狼星無人機的POS系統作為航空攝影測量系統的基準傳感器，集慣性導航技術和衛星導航技術于一體，可實時獲取載體位置姿態。POS系統輔助航空攝影測量，獲得高精度定位定向信息【14】，其優越性獲得測繪領域高度認同。本文通過對相機位置的誤差估計來反映其精度。如圖2所示，可以直觀形象的反映誤差的大小以及分布情況，Z誤差由橢圓的顏色表示，X、Y的誤差由橢圓的形狀表示，估計的相機位置用一個黑點標記。

  圖2 相機位置和誤差估計解析圖 表1數據反映的是圖2整體的平均誤差統計，可知，線元素X、Y的平均位置誤差在2cm內，Z的平均位置誤差小于3mm，因此可以滿足1：500大比例尺測圖的精度要求。

        表1 相機位置平均誤差 m

       3.2 平面精度 表2 平面數據差值統計結果

3.3 高程精度

表3 高程數據差值統計結果

 注：H1指靶標中心點RTK技術實測高程;H2指DEM檢測點獲取對應靶標中心點高程。 　　 4 結語 天狼星無人機作業成本低、自動化程度高，在采集像片的同時，同步完成控制點的布設，取代傳統的地面控制點，一次飛行采集的控制點平面和高程精度都是RTK厘米級精度，借助RTK技術幫助我們作業需要獲取高精度航空制圖成果，顯著減輕了野外作業強度，為航測工作提供了更多的便利。本文通過對天狼星無人機實際測圖數據進行精度分析，滿足1:500大比例尺測圖要求，進一步證明了天狼星無人機的實用性和可靠性，值得推廣和應用。

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