無(wú)人機(jī)GPS輔助平差技術(shù)應(yīng)用

1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?以成都縱橫大鵬無(wú)人機(jī)公司CW-10垂直起降無(wú)人機(jī)為 飛行平臺(tái)，以武漢訊圖科技有限公司GodWork為后處 理軟件，采用后差分GNSS，測(cè)試1:500航測(cè)空三精度。 目標(biāo)是在無(wú)地面控制點(diǎn)的情況下，達(dá)到1:500測(cè)繪成圖 要求。 測(cè)區(qū)概況 為了得到較可信的結(jié)果，分別在2017.1.10前后和 2017.2.15前后進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)，測(cè)區(qū)為同一地方，只是 覆蓋面積不同。 實(shí)驗(yàn)一測(cè)區(qū)位于四川省綿陽(yáng)市北川縣，面積約1.6平方 公里，長(zhǎng)約1.3公里，寬約1.3公里，中間人工推平，周 圍屬于丘陵類型。 實(shí)驗(yàn)二測(cè)區(qū)同樣位于四川省綿陽(yáng)市北川縣，面積約5平 方公里，長(zhǎng)約2.6公里，寬約2.0公里，涵蓋實(shí)驗(yàn)

2、一的 區(qū)域，屬于丘陵山地類型。 飛行平臺(tái) 本次測(cè)試的作業(yè)飛行平臺(tái)為CW-10垂直起降固定翼無(wú) 人機(jī)。 飛機(jī)參數(shù) 翼展2.6m續(xù)航時(shí)間1.5h 機(jī)身長(zhǎng)度1.6m最大速度30m/s 最大起飛重量12kg巡航速度20m/s 任務(wù)載荷12kg抗風(fēng)能力10m/s 起降方式垂直起降 性能特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單快裝結(jié)構(gòu)，展開時(shí)間短 垂直起降無(wú)起降場(chǎng)地和空域要求，作業(yè)效率高 RTK定位定點(diǎn)降落，精準(zhǔn)作業(yè) 全自主飛行一鍵起飛，安全便捷 航空級(jí)可靠性完善的系統(tǒng)監(jiān)控警告以及應(yīng)急處理邏輯 差分記錄儀器 PPS-100后差分/RTK GPS模塊是成都縱橫自動(dòng)化技術(shù) 有限公司采用Novatel OEM模塊研制的工業(yè)級(jí)高精度 差分

3、GPS模塊。PPS-100與AP系列自駕儀配套使用，可 以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（RTK），也可在飛行任務(wù)完成 后進(jìn)行事后差分解算。兩種情況下都能獲得厘米級(jí)的 定位精度。 相機(jī) 本次實(shí)驗(yàn)采用的是SONY ILCE-7R相機(jī) 主距35.00 mm CCD尺寸4.877m 像幅73604912像素 相機(jī)有效相幅35.9mm*24mm 引閃器 ILCR-7R相機(jī)引閃器主要作用是捕獲相機(jī)快門動(dòng)作信 號(hào)并發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，與相機(jī)快門的同步時(shí)間誤差不超 過(guò)10ms。 引閃器性能參數(shù)指標(biāo) 輸入電壓824V 功耗0.05W 使用溫度-20+45C 使用濕度10-80% 外形尺寸（長(zhǎng)*寬*高） 索尼版：34.1cm*27

4、.8cm*26.5cm 佳能/尼康版：29.8cm*26.8cm*28.1cm 重量（g） 索尼版：32g 佳能版：29g 線長(zhǎng)30cm 可定制線長(zhǎng) 接口電源杜邦針，EVENT杜邦孔 信號(hào)延遲4us 適用機(jī)型 索尼版：索尼系列 佳能版：佳能系列、尼康系列 任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng) 采用成都縱橫自動(dòng)化技術(shù)有限公司開發(fā)的 CWCommander地面站軟件規(guī)劃設(shè)計(jì)飛行方案。 GPS后差分解算 采用JOUAV POSTec后差分軟件對(duì)飛行獲取的GPS數(shù)據(jù) 進(jìn)行差分解算 空三解算 空三結(jié)算采用武漢訊圖科技有限公司研發(fā)的godwork 空三軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)空三加密。 技術(shù)途徑 通過(guò)采用高精度后差分GPS數(shù)據(jù)，并使用引閃器

5、消除 曝光延遲，提高空中獲取曝光點(diǎn)位置的精度，在相控 點(diǎn)全部都設(shè)為檢查點(diǎn)的情況下，采用GPS輔助光束法 平差進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，驗(yàn)證檢查點(diǎn)的精度，用以判斷是 否滿足低空攝影測(cè)量的相關(guān)規(guī)范和實(shí)際生產(chǎn)要求。 總體作業(yè)流程 本次實(shí)驗(yàn)的作業(yè)流程主要包括相機(jī)標(biāo)定，航線設(shè)計(jì)、 像控點(diǎn)測(cè)量、相機(jī)拍照參數(shù)設(shè)置、野外飛行、PPS后 差分解算和空三成圖 相機(jī)標(biāo)定 相機(jī)標(biāo)定采用飛前標(biāo)定的策略，本次實(shí)驗(yàn)飛行多個(gè)架 次，使用同一個(gè)相機(jī)，標(biāo)定一次，標(biāo)定方式采用室內(nèi) 布設(shè)紅綠點(diǎn)標(biāo)定板作為標(biāo)定場(chǎng)，采用天工相機(jī)標(biāo)定軟 件進(jìn)行標(biāo)定。 室內(nèi)標(biāo)定場(chǎng) 相機(jī)參數(shù) 機(jī)類型 索尼 ILCE-7R 主點(diǎn) x0 -0.028061 主點(diǎn) y0 -0.

6、216701 焦距 f 36.182170 徑向畸變 k1 -4.362501e-005 徑向畸變 k2 1.607468e-007 徑向畸變 k3 0 切向畸變 p1 5.725265e-006 切向畸變 p2 1.092538e-005 CCD 飛正形比例系數(shù) b1 0 CCD 飛正形比例系數(shù) b2 0 飛行航線設(shè)計(jì) 本次實(shí)驗(yàn)飛行采用了四種方式 蛇形航線 蛇形+架構(gòu)航線 套耕航線 套耕+架構(gòu)航線 其中架構(gòu)航線都比原始航線高出50米 構(gòu)架航線 套耕航線 相控點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量 本次實(shí)驗(yàn)共布設(shè)了78個(gè)有效控制點(diǎn)，主要分布在機(jī)場(chǎng) 中間比較平整的地帶，呈均勻分布，周圍山地布設(shè)較 少。像控點(diǎn)有四種類型 機(jī)

7、場(chǎng)大H的角點(diǎn) 50cm*50cm的白色圓 30cm*30cm的白色圓 外藍(lán)內(nèi)白標(biāo)志，藍(lán)色為50cm*50cm 的正方形，中間為 30cm*30cm 的白色圓。 大圓和小圓像控點(diǎn) 大H角點(diǎn) 控制點(diǎn)分布 綠色為控制點(diǎn) 由于測(cè)區(qū)周圍都是 山丘，無(wú)法布設(shè)控 制點(diǎn)，所以本次實(shí) 驗(yàn)的控制點(diǎn)大多布 設(shè)在測(cè)區(qū)中間一塊 兒人工推平的區(qū)域 里面。 控制點(diǎn)量測(cè) 相控點(diǎn)的測(cè)量采用基站+RTK的方式的GPS測(cè)量，平面 坐標(biāo)為 WGS84坐標(biāo)系，采用高斯3度帶投影，高程采 用橢球高。 相機(jī)拍照設(shè)置 相機(jī)設(shè)置主要包括以下幾種： 拍照模式 快門速度 ISO大小 光圈值 相機(jī)拍照設(shè)置 數(shù)據(jù)名稱日期天氣模式快門速度ISO光圈值f

8、 20170111_22017.01.11陰天手動(dòng)1/10003206.3 20170112_12017.01.12晴天手動(dòng)1/12502507.1 20170113_12017.01.13晴天手動(dòng)1/16003206.3 外業(yè)飛行 根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，本次實(shí)驗(yàn)共有效飛行三個(gè)架次。 數(shù)據(jù)名 稱 日期地點(diǎn)天氣 飛行方 式 相對(duì)航 高 PPS解的情況 2017011 1_2 2017.0 1.11 北川通航機(jī) 場(chǎng) 陰天 套耕+蛇 形 400 主：固定解100%，浮動(dòng)解 0.0% 輔：固定解89.25%，浮動(dòng) 解10.75% 2017011 2_1 2017.0 1.12 北川通航機(jī) 場(chǎng) 晴天 套耕+蛇

9、形+構(gòu)架 350+50 主：固定解99.27%，浮動(dòng) 解0.73% 輔：固定解69.25%，浮動(dòng) 解30.75% 2017011 3_1 2017.0 1.13 北川通航機(jī) 場(chǎng) 晴天 套耕+蛇 形+構(gòu)架 360+50 主：固定解97.34%，浮動(dòng) 解2.66% 輔：固定解96.13%，浮動(dòng) 解3.87% 空三精度規(guī)范 成圖比 例尺 點(diǎn)別 平面位置中誤差高程中誤差 平地 丘陵 地 山地 高山 地 平地 丘陵 地 山 地 高山 地 1:500 基本定 向點(diǎn) 0.130.130.130.20.20.11 0.20.2 (0.1(0.1 1)1) 0.2 6 0.4 檢查點(diǎn) 0.17 5 0.170.

10、17 5 5 0.350.350.15 0.280.28 (0.1(0.1 5)5) 0.40.6 公共點(diǎn)0.350.350.350.550.550.3 0.560.56 (0.3)(0.3) 0.71.0 表5-1檢查點(diǎn)、公共點(diǎn)較差最大限值單位為米 空三解算 采用godwork最新版做內(nèi)業(yè)處理，一鍵空三，刺控制 點(diǎn)，智能平差，輸出精度報(bào)告。極少的人工參與的情 況下，獲得空三結(jié)算結(jié)果如下。 一鍵空三 刺點(diǎn)界面 智能平差 殘差界面 空三精度 數(shù)據(jù)飛行方式 平面最大 值 高程最大 值 平面中誤 差 高程中誤 差 20170111 _2 蛇形0.207-0.3670.09810.09896 套耕0.

11、136-0.4560.0549190.323484 20170112 _1 蛇形+架 構(gòu) 0.115-0.1160.0675910.098097 20170113 _1 套耕+構(gòu) 架 0.150.1840.0720670.081354 套耕0.237-0.2750.086140.091507 蛇形+架 構(gòu) 0.1140.180.0505970.096457 蛇形0.179-0.1090.0915880.045305 實(shí)驗(yàn)二 實(shí)驗(yàn)日期2017.02.15前后 與實(shí)驗(yàn)一相比，此次飛行范圍更大，本次測(cè)區(qū)面積為5 平方公里，位置與實(shí)驗(yàn)一重疊，包含實(shí)驗(yàn)一的測(cè)區(qū)， 地物類型一致。 相對(duì)航高更高。實(shí)驗(yàn)一相對(duì)

12、高度在350400米，本次 實(shí)驗(yàn)有350米左右架次，也有600米左右的架次。 控制點(diǎn)分布更均勻。 同樣采用CW-10垂直起降無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)，后差分 GNSS，飛前布控，飛前進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定。采用蛇形+架 構(gòu)航線的飛行方式。 飛行及布點(diǎn)情況 綠色點(diǎn)為控制點(diǎn) 紅色為獲取的pos 點(diǎn) 空三精度 序號(hào)序號(hào) 面積面積 （平（平 方公方公 里）里） 比例尺比例尺航高航高 航線類航線類 型型 平面最大平面最大 值值 高程最大高程最大 值值 平面中誤平面中誤 差差 高程中誤高程中誤 差差 2.14 51:500 301+50 蛇形+架 構(gòu) 0.1450.1450.1240.1240.0432450.043245

13、0.0556030.055603 2.15 51:500 301+50 蛇形+架 構(gòu) 0.1540.1540.1810.1810.0461010.0461010.081980.08198 2.17 51:500 301+50 蛇形+架 構(gòu) 0.170.170.3890.3890.0677320.0677320.159140.15914 51:1000574+60 蛇形+架 構(gòu) 0.2740.2370.103970.125449 2.19 51:1000574+60 套耕+架 構(gòu) 0.1540.1540.1810.1810.0461010.0461010.081980.08198 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1，根據(jù)兩次實(shí)驗(yàn)的空三精度報(bào)告結(jié)果