航测 | 精灵4RTK如何做到免像控

营地君
测绘笔记
2021-02-15
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01、为什么需要布设像控点

打个这样的比方，不知道是否恰当。把航拍照片比作一张张同样尺寸的A4纸，现在需要把所有的A4纸合并，拼成一张大纸，放置在一块水平的木板上。如何完美地拼接呢？我们需要把每张纸调整位置都水平地依次排列在木板上（解算并改正外方位元素，即POS信息），然后把每张纸都压得昝平（根据内方位元素进行畸变修正），为了没有拼接缝，需要把纸张之间相互重叠一部分（保证一定的重叠率），然后可能所有纸张的排列依旧比较乱，此时，就需要一枚枚图钉（像控点），根据特征标记把对应的A4纸强制地钉在木板的对应位置上。不知道你们脑袋里面有没有对应的画面，笔者暂时只能想到这么一个比方。。。像控点就像钉子，把有像控点标记的图像严格平差后“钉”到准确的位置。当然，像控点越多，整体精度越高。

02、如果不做像控点，我们需要什么条件

接着上面那个不恰当的比方中提到的几个要素，准确的外方位元素（POS信息）、准确的内方位元素和畸变参数，这两个关键要素准确了，即使不需要像控点，我们也能做到把相片进行精准拼接。当然，由于原始的POS信息一般为WGS84或CGCS2000经纬度+椭球高（即大地高），而我们所需要的成果坐标系通常为投影坐标系，高程系统为正常高，如CGCS2000（3°带高斯投影，中央经线114°）+85高（即通常说的水准高），因此，就还需要获取转换到与之对应的成果坐标系的转换参数。所以，需要的条件为：准确的外方位元素（POS信息）+准确的内方位元素和畸变参数+转换到与之对应的成果坐标系的转换参数

03、现实中我们如何操作(文字较多,望君细看)

(1)准确的外方位元素（POS信息）

以精灵4RTK为例，支持实时差分定位（RTK）和后差分处理（PPK），其中，RTK标称精度为水平1cm±1×10^-6D，垂直1.5cm±1×10^-6D。利用厘米级精度的RTK定位或者PPK解算的POS信息，可满足要求。

（2）转换到成果坐标系的转换参数

这个好说。忽略掉看似高深的“转换参数”几字。平面：由于WGS84椭球和CGCS2000椭球的极度相似性，WGS84经纬度坐标与CGCS2000经纬度坐标只存在非常非常小的差别（笔者这里当地是不超过一两厘米的误差，可以忽略不计），因此，若成果坐标系需要CGCS2000的话，WGS84经纬度坐标可以直接使用，不需要进行额外转换。高程：似大地水准面与参考椭球面之间的高差称为高程异常，对于整个参考椭球来说，不同区域的高程异常是不同的。但是，对于项目工程的局部范围来说，其高程异常往往只有不到毫米级的变化，所以可以当成一个固定差。这个局部的固定差，直接在一个局部参数校正后的RTK手簿里，随便选择一个测区内的坐标值，用水准高-大地高即可得到一个高程异常值。然后，先利用LocaSpaceViewer，将P4R拍摄的照片里的POS信息读取出来并储存；接着，在EXCEL中利用高程异常值对POS里的椭球高进行改正。最后，再次利用LocaSpaceViewer，将改正后的POS信息写入到原照片中。

（3）准确的内方位元素和畸变参数

这个太难了，就像测量中无论使用任何方法都无法消除测量误差一样。但是，误差不可能消除，但可以减小。对于局部小范围，我们可以通过一些小“手段”，使得其内方位元素和畸变参数进行优化，得到满足我们局部小范围精度要求的优化值。参考任栋、潘海利、武洋等人2019年12月发表在《测绘标准化》上的一篇论文《精灵4RTK无人机在大比例尺地形图生产中的应用探讨》，其具体做法为：1、挑一个高差较大的区域作为检校场；2、在最低点到最高点的不同高度面布设若干平高检查点，采用GPS RTK平滑方式测量；3、按照最高点的旁向和航向重叠率均不低于60%的方案规划航线，使用精灵4RTK进行航摄；4、使用航摄数据处理软件，赋予POS较高的权值，此采用保持内方位元素不变、外方位元素平差的方式进行空三处理，并自动生成DOM和DSM；加载DOM和DSM，导入检查点，统计检查点高程差值；5、通过最低点的误差值计算焦距的改正值，并用改正后的焦距再次处理数据，如此反复，直到各检查点的高程误差满足规范要求为止。

这样就得到了一套较好的内方位元素和畸变参数，可以用于以后任何小范围的项目。

下面介绍一下笔者的实际做法（这里要感谢一下四航院航测扛把子——陆神的帮助）：

1、选择一块小区域（100*100米左右），最好是空地与房屋都有，且辨识度高，地物棱角、色彩分明；

2、均匀采集若干平高检查点；

3、利用精灵4RTK对该区域规划并进行五向飞行，高度50-80米；

4、利用LocaSpaceViewer与EXCEL对照片进行POS高程改正；

5、使用CC（ContextCapture）对POS改正后的照片进行初始化空三（传感器尺寸13.2，其余相机参数默认，外方位元素重新计算，内方位元素平差调整），得到一组平差优化后的内方位元素；

6、进行后续建模，比较检查点高程差值，并根据高程差值改正焦距值（PS:根据焦距与飞行高度，按比例改正）；

7、在CC中再次新建项目，使用得到的参数进行初始化空三（使用之前平差优化的内方位元素和改正后的焦距，外方位元素重新计算，内方位元素保持），空三完成后直接建模。

此刻再对比检查点误差，相信你会豁然开朗，发现一个崭新的世界！