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减免像控利器--航测后差分

2018-02-06 16:45 性质：原创作者：何浥棥来源：无人机网

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图一：UAV-381-PPK宣传册PPK(postprocessedkinematic)技术，即动态后处理技术，是利用载波相位进行事后差分的GPS定位技术，其系统也是由...

图一：UAV-381-PPK宣传册

　　PPK(post processed kinematic)技术，即动态后处理技术，是利用载波相位进行事后差分的GPS定位技术，其系统也是由基准站和流动站组成。与RTK实时载波相位差分定位技术既有共同点也有不同点，可以作为RTK技术的补充，其主要作业过程包括外业观测数据和内业数据处理。

　　PPK的工作原理：利用进行同步观测的一台基准站接收机和至少一台流动接收机对卫星的载波相位观测量；事后在计算机中利用GPS处理软件进行线性组合，形成虚拟的载波相位观测量值，确定接收机之间厘米级的相对位置；然后进行坐标转换得到流动站在地方坐标系中的坐标。

图二：工作原理

　　传统航测无人机作业需要在航测区域均匀布置繁密的像控点，为外业人员增加额外的工作量，同时还增加了不必要的危险性。通过UAV-381-PPK航测无人机高精度后差分系统可以基本免除像控布点，将繁杂的外业工作直接转移到室内软件处理，极大地简化了作业流程，提高了工作效率。

　　UAV-381-PPK航测无人机高精度后差分系统是专门为无人机航测领域应用开发的系统解决方案，其核心技术是基于比逊电子自主知识产权的多模多频卫星导航产品和高精度事后处理软件系统。由机载子系统、基站子系统和事后处理子系统组成的软硬件系统。

图三：机载端原理图

　　无人机通过机载高精度定位模块（移动站）接收导航卫星信号，实时保存原始数据到存储板卡中。通过相机引出的eventmark触发信号连接到存储板，每次触发，相机将拍摄一张照片、存储板卡记录一次当时的时间信息。

图四：左边：机载盒子和螺旋天线右边：地面站

　　使用中海达自研的“UAV-PPK”软件，只需要导入基准站采集的静态数据和机载端记录的原始数据，即可解算出拍照时刻的高精度位置信息

图六：后处理软件

　　结合航拍影像数据和PPK解算的拍照时刻高精度位置信息，即可进行空三处理。

　　产品特色：

　　l尺寸：76.0mmx51.5mmx30mm

　　l主机重量：77g 螺旋天线重量：19g

　　l特有的typeC接口复用技术，减少接口数量，使整机外形简洁美观。

　　l双面LED指示灯设计，减少安装限制，保证平装侧装都能清晰获取工作状态指示。

　　l低功耗，整机功耗只有2W，最大限度提高电池续航时间。

　　l超宽电压输入，电源电压支持DC6-30V电压输入。

　　l接收机和天线采用小型化轻量化设计，最大限度降低飞机重量。

　　l采用SD卡作为存储介质，方便取出，也可通过USB接口直接访问SD卡读取数据。

　　l相机快门曝光同步记录技术，可以精确记录相机曝光时刻精确的时间及位置信息。

　　l可观测全星座GNSS卫星信号，提高数据质量。

　　l三星联合解算，数据质量更好，精度更高。

　　l地面像控点可减少80%以上。

　　软件特色：

　　（1）采用全新自主开发双频后处理PPK引擎，通过前后向滤波，全面提高整体解算固定率、精度及可靠性；

　　（2）更加精细化的数据预处理策略，针对无人机飞行过程中动态性强的特点，采用精细化粗差周跳处理及随机模型策略，保证飞行过程中解算结果的连续稳定；

　　（3）配置参数智能化，用户无需进行解算配置，直接点击解算，即可得到理想结果。

　　（4）截取拍照点前后一段时间数据进行解算，提高解算效率，并对解算过程进行实时显示，提供解算状态及剩余时间灯信息，方便用户实时监控解算进度；

　　（5）增加拍照点显示及最终结果报告，可让用户在解算后更为直观的了解解算效果，并进行更为细致的结果评定。

　　案例一：

　　固定翼1:500免像控

　　飞行地点：天津宝坻

　　飞机型号:iFLY U5R

　　飞行高度：287m架构航线高度327m

　　影像分辨率4.2cm

　　相机型号：SonyA7r

　　数据情况：

　　测区覆盖面积8平方公里、像片数量1805张、相重叠80%、旁相重叠65%、

　　测区内布设12个检查点（其中有一个点由于区域影像拉花未使用），通过天津CORS采集西安80坐标、采用后差分PPK方式记录高精度POS数据。

有架构航线图

检查点分布图

　　数据处理方法：

　　1、架构航线参与解算

　　利用UAV-PPK软件解算地面基站与机载PPK模块数据得到高精度POS，在零像控基础上基于该高精度POS进行空三解算，得到10cm分辨率影像图，在该影像图上检查GPS测点精度，如下图所示：

	GPS测点			影像上点位坐标			DX	DY	DZ
1	534355.082	4376188.302	-3.076	4376188.300	534355.020	-3.149	0.062	0.002	0.073
2	533601.014	4376170.150	-2.787	4376170.011	533601.033	-2.827	-0.019	0.139	0.040
3	531617.828	4376127.454	-3.059	4376127.222	531617.785	-3.131	0.042	0.232	0.072
4	531285.350	4376149.253	-3.384	4376149.076	531285.315	-3.410	0.035	0.177	0.026
5	530953.699	4376760.257	-3.599	4376760.157	530953.769	-3.780	-0.070	0.100	0.181
6	530884.007	4377241.455	-3.839	4377241.468	530884.177	-3.925	-0.171	-0.013	0.086
7	531491.806	4377345.150	-4.046	4377345.242	531491.881	-4.092	-0.075	-0.092	0.046
8	532710.707	4377060.378	-3.827	4377060.475	532710.797	-4.047	-0.090	-0.097	0.220
9	533509.606	4376925.654	-3.771	4376925.663	533509.720	-3.951	-0.114	-0.009	0.180
10	534150.611	4376825.057	-3.743	4376825.039	534150.617	-3.706	-0.007	0.018	-0.037
11	533787.902	4377465.855	-4.014	4377465.985	533788.017	-3.798	-0.115	-0.130	-0.215
中误差							0.086	0.117	0.129

　　检查点精度X方向8.6cm，Y方向11.7cm，Z方向12.9cm。

　　从表中可以看出，平面及高程误差均能满足1:500地形图测绘要求。

　　案例二：

　　倾斜旋翼1:500免像控

　　不同影像分辨率数据分别对应不同测试目的，其中重点测试了1.5cm和3cm分辨率影像数据。1.5cm分辨率的影像主要测试模型精度是否能满足地籍测量精度要求（平面位置中误差5cm）；3cm分辨率的影像主要测试在免像控的情况下，模型精度是否能满足1:500地形图测绘的精度要求；5cm分辨率影像主要测试普通建模质量情况。

　　10月30日—11月5日，我们利用DP-Smart分别对三种不同分辨率的影像进行了空三解算、自动化建模，并对模型进行了精度检测，具体测试情况如下：

　　1.5cm分辨率影像

　　1.5cm分辨率影像测试方案是：在测试范围内，间隔100米左右布设一个像控点，空三解算后进行自动化建模。在模型上量测检查点坐标信息，通过检查点的中误差，判断模型精度是否能满足地籍测量精度要求（平面位置中误差5cm）。

　　本次测试范围有效面积约0.1km²，共布设控制点12个，使用检查点36个，测试区域范围（红色范围线）及像控点分布如下：

　　利用DP-Smart进行空三解算及自动化建模后，在模型上量测检查点坐标信息，对比精度如下：

NAME	实测		mesh量测		平面误差
NAME	X	Y	X1	Y1	平面误差
KZ-14	538667.578	3370739.374	538667.59	3370739.365	0.015
KZ-15	538667.997	3370740.549	538668.031	3370740.536	0.036
KZ-17	538668.423	3370740.44	538668.439	3370740.458	0.024
KZ-28	538673.221	3370743.258	538673.229	3370743.246	0.014
KZ-30	538673.248	3370743.724	538673.236	3370743.71	0.018
KZ-32	538678.154	3370747.815	538678.161	3370747.844	0.03
KZ-38	538682.72	3370751.053	538682.71	3370751.031	0.024
KZ-39	538700.119	3370723.654	538700.128	3370723.667	0.016
KZ-40	538699.359	3370724.915	538699.389	3370724.916	0.03
KZ-41	538699.363	3370724.914	538699.382	3370724.912	0.019
KZ-42	538700.13	3370723.648	538700.122	3370723.676	0.029
KZ-43	538699.362	3370724.914	538699.382	3370724.913	0.02
KZ-44	538699.361	3370724.915	538699.398	3370724.912	0.037
KZ-45	538700.125	3370723.655	538700.132	3370723.672	0.018
KZ-46	538700.131	3370723.648	538700.138	3370723.673	0.026
KZ-47	538700.129	3370723.65	538700.125	3370723.669	0.019
KZ-48	538697.849	3370727.431	538697.88	3370727.42	0.033
KZ-49	538697.849	3370727.431	538697.872	3370727.416	0.027
KZ-53	538697.849	3370727.433	538697.876	3370727.434	0.027
KZ-58	538700.135	3370723.65	538700.135	3370723.673	0.023
KZ-59	538700.14	3370723.645	538700.134	3370723.651	0.008
KZ-61	538701.425	3370721.492	538701.451	3370721.526	0.043
KZ-62	538695.039	3370732.128	538695.055	3370732.132	0.016
KZ-72	538695.775	3370730.889	538695.789	3370730.897	0.016
KZ-81	538694.179	3370730.345	538694.218	3370730.35	0.039
KZ-87	538692.04	3370733.932	538692.064	3370733.949	0.029
KZ-118	538689.634	3370740.133	538689.667	3370740.129	0.033
KZ-130	538693.499	3370734.708	538693.49	3370734.74	0.033
KZ-142	538690.149	3370740.264	538690.173	3370740.273	0.026
KZ-181	538696.07	3370743.683	538696.034	3370743.705	0.042
KZ-182	538696.497	3370744.084	538696.492	3370744.118	0.034
KZ-212	538705.389	3370748.168	538705.394	3370748.193	0.025
KZ-213	538708.266	3370749.903	538708.266	3370749.921	0.018
KZ-222	538731.537	3370765.141	538731.5665	3370765.164	0.037
KZ-229	538725.685	3370760.589	538725.664	3370760.568	0.03
KZ-230	538725.682	3370760.595	538725.66	3370760.62	0.033
平面中误差					0.028

　　通过选取36个检查点对模型进行精度检测，平面中误差为0.028米，满足地籍测量精度要求（中误差5cm）。

　　3cm分辨率影像

　　3cm分辨率影像测试方案是：直接利用原始POS数据（XYZ）进行空三解算及自动化建模（不添加任何控制点），在模型上量测检查点坐标对比进行精度分析，通过检查点的精度情况，判断模型数据是否能满足1:500测图精度要求（平面中误差小于0.3米，高程中误差小于0.17米）。

　　本次测试区域有效面积约0.1km²（红色范围线），原始影像945张、原始POS（有XYZ、无OPK）、检查点24个。测区范围如下：

　　利用DP-Smart进行空三解算及自动化建模后，在模型上量测检查点精度如下：

NAME	实测			mesh量测			平面误差	高程误差
NAME	X	Y	Z	X2	Y2	Z2	平面误差	高程误差
KZD	538667.702	3370746.104	11.741	538667.769	3370746.195	11.807	0.113	0.066
KZD1	538680.169	3370754.92	11.419	538680.233	3370754.846	11.463	0.098	0.044
KZD2	538719.14	3370782.569	11.495	538719.218	3370782.709	11.618	0.16	0.123
KZD3	538736.603	3370795.18	11.964	538736.596	3370795.072	12.053	0.108	0.089
KZD4	538759.107	3370818.667	11.826	538759.098	3370818.589	11.9	0.079	0.074
KZD5	538768.429	3370825.33	11.663	538768.425	3370825.248	11.729	0.082	0.066
KZD6	538786.265	3370830.441	11.378	538786.31	3370830.391	11.453	0.067	0.075
KZD7	538799.59	3370835.02	11.144	538799.624	3370834.97	11.204	0.061	0.06
KZD8	538873.132	3370849.975	13.288	538873.352	3370849.896	13.254	0.234	-0.035
KZD9	538892.011	3370847.647	10.698	538892.018	3370847.545	10.722	0.102	0.024
KZD10	538919.217	3370756.093	13.387	538919.327	3370756.064	13.32	0.114	-0.067
KZD16	538796.222	3370495.816	9.575	538796.237	3370495.726	9.599	0.091	0.024
KZD17	538764.139	3370544.698	10.166	538764.239	3370544.605	10.118	0.137	-0.048
KZD18	538726.175	3370637.679	11.167	538726.211	3370637.619	11.212	0.07	0.045
KZD19	538744.7	3370651.186	11.151	538744.742	3370651.113	11.212	0.085	0.062
KZD20	538790.176	3370677.157	11.147	538790.199	3370677.047	11.178	0.113	0.032
KZD23	538844.449	3370591.266	11.284	538844.458	3370591.096	11.382	0.17	0.097
KZD24	538877.122	3370596.235	11.735	538877.165	3370596.143	11.794	0.101	0.059
KZD25	538933.012	3370624.788	11.762	538932.978	3370624.622	11.81	0.169	0.049
KZD28	538826.499	3370825.955	12.559	538826.462	3370825.829	12.453	0.131	-0.106
KZD29	538755.43	3370743.042	11.312	538755.507	3370742.925	11.371	0.141	0.059
中误差							0.123	0.067