无人机GPS辅助平差技术应用

实验目的以成都纵横大鹏无人机公司CW-10垂直起降无人机为飞行平台，以武汉讯图科技有限公司GodWork为后处理软件，采用后差分GNSS，测试1:500航测空三精度。目标是在无地面控制点的情况下，达到1:500测绘成图要求。测区概况为了得到较可信的结果，分别在2017.1.10前后和2017.2.15前后进行两次实验，测区为同一地方，只是覆盖面积不同。实验一测区位于四川省绵阳市北川县，面积约1.6平方公里，长约1.3公里，宽约1.3公里，中间人工推平，周围属于丘陵类型。实验二测区同样位于四川省绵阳市北川县，面积约5平方公里，长约2.6公里，宽约2.0公里，涵盖实验一的区域，属于丘陵山地类型。飞行平台本次测试的作业飞行平台为CW-10垂直起降固定翼无人机。飞机参数翼展2.6m续航时间1.5h机身长度1.6m最大速度30m/s最大起飞重量12kg巡航速度20m/s任务载荷1~2kg抗风能力10m/s起降方式垂直起降性能特点结构简单快装结构，展开时间短垂直起降无起降场地和空域要求，作业效率高RTK定位定点降落，精准作业全自主飞行一键起飞，安全便捷航空级可靠性完善的系统监控警告以及应急处理逻辑差分记录仪器PPS-100后差分/RTKGPS模块是成都纵横自动化技术有限公司采用NovatelOEM模块研制的工业级高精度差分GPS模块。PPS-100与AP系列自驾仪配套使用，可以实现实时动态差分（RTK），也可在飞行任务完成后进行事后差分解算。两种情况下都能获得厘米级的定位精度。相机本次实验采用的是SONYILCE-7R相机主距35.00mmCCD尺寸4.877μm像幅7360×4912像素相机有效相幅35.9mm*24mm引闪器ILCR-7R相机引闪器主要作用是捕获相机快门动作信号并发出触发信号，与相机快门的同步时间误差不超过10ms。引闪器性能参数指标输入电压8～24V功耗0.05W使用温度-20～+45ºC使用湿度10-80%外形尺寸（长*宽*高）索尼版：34.1cm*27.8cm*26.5cm佳能/尼康版：29.8cm*26.8cm*28.1cm重量（g）索尼版：32g佳能版：29g线长30cm可定制线长接口电源杜邦针，EVENT杜邦孔信号延迟4us适用机型索尼版：索尼系列佳能版：佳能系列、尼康系列任务规划系统采用成都纵横自动化技术有限公司开发的CWCommander地面站软件规划设计飞行方案。GPS后差分解算采用JOUAVPOSTec后差分软件对飞行获取的GPS数据进行差分解算空三解算空三结算采用武汉讯图科技有限公司研发的godwork空三软件进行数据空三加密。技术途径通过采用高精度后差分GPS数据，并使用引闪器消除曝光延迟，提高空中获取曝光点位置的精度，在相控点全部都设为检查点的情况下，采用GPS辅助光束法平差进行数据解算，验证检查点的精度，用以判断是否满足低空摄影测量的相关规范和实际生产要求。总体作业流程本次实验的作业流程主要包括相机标定，航线设计、像控点测量、相机拍照参数设置、野外飞行、PPS后差分解算和空三成图飞行航线设计像控点量测相机参数设置野外飞行PPS后差分解算空三成图相机标定相机标定采用飞前标定的策略，本次实验飞行多个架次，使用同一个相机，标定一次，标定方式采用室内布设红绿点标定板作为标定场，采用天工相机标定软件进行标定。室内标定场相机参数机类型索尼ILCE-7R主点x0-0.028061主点y0-0.216701焦距f36.182170径向畸变k1-4.362501e-005径向畸变k21.607468e-007径向畸变k30切向畸变p15.725265e-006切向畸变p21.092538e-005CCD飞正形比例系数b10CCD飞正形比例系数b20飞行航线设计本次实验飞行采用了四种方式蛇形航线蛇形+架构航线套耕航线套耕+架构航线其中架构航线都比原始航线高出50米构架航线套耕航线相控点布设与测量本次实验共布设了78个有效控制点，主要分布在机场中间比较平整的地带，呈均匀分布，周围山地布设较少。像控点有四种类型机场大H的角点50cm*50cm的白色圆30cm*30cm的白色圆外蓝内白标志，蓝色为50cm*50cm的正方形，中间为30cm*30cm的白色圆。大圆和小圆像控点大H角点控制点分布绿色为控制点由于测区周围都是山丘，无法布设控制点，所以本次实验的控制点大多布设在测区中间一块儿人工推平的区域里面。控制点量测相控点的测量采用基站+RTK的方式的GPS测量，平面坐标为WGS84坐标系，采用高斯3度带投影，高程采用椭球高。相机拍照设置相机设置主要包括以下几种：拍照模式快门速度ISO大小光圈值相机拍照设置数据名称日期天气模式快门速度ISO光圈值f20170111_22017.01.11阴天手动1/10003206.320170112_12017.01.12晴天手动1/12502507.120170113_12017.01.13晴天手动1/16003206.3外业飞行根据实验计划，本次实验共有效飞行三个架次。数据名称日期地点天气飞行方式相对航高PPS解的情况20170111_22017.01.11北川通航机场阴天套耕+蛇形400主：固定解100%，浮动解0.0%辅：固定解89.25%，浮动解10.75%20170112_12017.01.12北川通航机场晴天套耕+蛇形+构架350+50主：固定解99.27%，浮动解0.73%辅：固定解69.25%，浮动解30.75%20170113_12017.01.13北川通航机场晴天套耕+蛇形+构架360+50主：固定解97.34%，浮动解2.66%辅：固定解96.13%，浮动解3.87%空三精度规范成图比例尺点别平面位置中误差高程中误差平地丘陵地山地高山地平地丘陵地山地高山地1:500基本定向点0.130.130.20.20.110.2(0.11)0.260.4检查点0.1750.1750.350.350.150.28(0.15)0.40.6公共点0.350.350.550.550.30.56(0.3)0.71.0表5-1检查点、公共点较差最大限值单位为米空三解算采用godwork最新版做内业处理，一键空三，刺控制点，智能平差，输出精度报告。极少的人工参与的情况下，获得空三结算结果如下。一键空三刺点界面智能平差残差界面空三精度数据飞行方式平面最大值高程最大值平面中误差高程中误差20170111_2蛇形0.207-0.3670.09810.09896套耕0.136-0.4560.0549190.32348420170112_1蛇形+架构0.115-0.1160.0675910.09809720170113_1套耕+构架0.150.1840.0720670.081354套耕0.237-0.2750.086140.091507蛇形+架构0.1140.180.0505970.096457蛇形0.179-0.1090.0915880.045305实验二实验日期2017.02.15前后与实验一相比，此次飞行范围更大，本次测区面积为5平方公里，位置与实验一重叠，包含实验一的测区，地物类型一致。相对航高更高。实验一相对高度在350~400米，本次实验有350米左右架次，也有600米左右的架次。控制点分布更均匀。同样采用CW-10垂直起降无人机为飞行平台，后差分GNSS，飞前布控，飞前进行相机标定。采用蛇形+架构航线的飞行方式。飞行及布点情况绿色点为控制点红色为获取的pos点空三精度序号面积（平方公里）比例尺航高航线类型平面最大值高程最大值平面中误差高程中误差2.1451:500301+50蛇形+架构0.1450.1240.0432450.0556032.1551:500301+50蛇形+架构0.1540.1810.0461010.081982.1751:500301+50蛇形+架构0.170.3890.0677320.1591451:1000574+60蛇形+架构0.2740.2370.103970.1254492.1951:1000574+60套耕+架构0.1540.1810.0461010.08198实验结论1，根据两次实验的空三精度报告结果，可以清楚的看到，在具有高精度后差分GPS的条件下，不使用地面控制点的条件下，使用godwork空三加密软件进行GPS辅助平差，空三精度能达到低空数字航空摄影测量内业规范规定的1:500的规范要求，检查点平面精度约为0.074米，高程精度约为0.09米，小于规范要求的平面精度0.175米和高程精度的0.28米。2，处理的多组组不同航线的数据，结果显示蛇形加构架航线的空三精度总体最优。谢谢！