图2：TX25“智鸢”小型复合式无人机及地面操控系统

4.1.3惯性导航(IMU)模块

本研究采用NovAtel_SPAN组合导航定位系统，SPAN系统采用NovA的SPAN技术,这是一种为了提高导航的性能而在NovA高精度的GNSS基础上集成IMU的一种技术。SPAN技术提供给GNSS更快的信号重捕能力，其结果是有更多可用的GNSS观测量来辅助惯性解算。该GNSS捕获的优势是在卫星数目减少时通过保持高精度的惯性导航以改善RTK的性能。OEMV接收机本身处理所有的GNSS和惯导数据。IMU单独装在一个封装中和GNSS板卡隔开，可以保证模块化的设计。NovA的SPAN技术集合了两种不同的但是又互为补充的技术：GNSS定位技术和惯性导航技术。GNSS定位的绝对精度加上IMU陀螺和加速计测量的稳定性就可以提供一个3D的位置、速度和姿态解算结果。不像单GNSS导航系统，即使在GNSS信号被遮挡的时候，其解算的结果也是稳定连续的。FSAS-EI-SN IMU是由德国的ilMAR公司制造，IMU采用了闭环技术，其陀螺偏差小于0.75度/小时和加速计偏差小于1mg。通过NovA接收机触发IMU，以保证所有的IMU测量和GNSS测量时间同步。

4.2航空摄影

    采用TX25“智鸢”小型复合式无人机获取影像数据，航飞前使用谷歌地图和历史地形资料对项目进行区域规划分析，综合考虑实验区范围、地形情况、海拔高度、空域限飞高度等因素进行航线规划。根据实验区情况规划航线数15条，平均每条航线187张影像，航向重叠度为75%，旁向重叠度为65%，分辨率10cm，共获取航摄影像2800张。像控点获取采用“中海达V90”GPS,实验区始于高山地，植被覆盖率超过90%，像控点布设采用沿公路布设，控制点标记采用油漆喷涂方式，全域布设像控点共75个，检查点30个。航带及控制点分布如图3所示。

图3：航带分布及控制点采集

4.3 飞行质量评价

    航飞作业时段天气状况良好，获取影像色彩均匀统一，数据完整，无航摄漏洞，无像主点落水情况，像片重叠度满足《低空数字航空摄影测量外业规范》中影像航向重叠率为60％~80%，最小不得小于53％；旁向重叠率为15%~60％，最小不得小于8％的要求。

图4：航摄样片

5方法研究与质量分析

    TX25“智鸢”小型复合式无人机搭载GPS及惯导装置，本文主要通过以下两种研究，以验证免像控DOM生产的合理性及质量精度。研究一是通过GINS软件后差分解算通过惯导装置记录的高精度pos数据，不使用控制点约束进行免像控直接定向，完成正射影像纠正；研究二是使用未差分解算的pos数据，引入外业通过RTK采集的像控点进行光束法区域网空中三角测量，以完成正射影像纠正。通过RTK采集的检查点对比两种方式生产的DOM，验证其精度质量。

5.1 空三加密方法研究

（1）研究一：利用GNSS动态差分后处理POS数据直接定向

    使用GINS定位定姿系统（POS）数据处理软件解算ppk差分pos数据，获得精确的外方位元素。由于低空无人飞机飞行的不稳定性使其获取的外方位元素中的角元素存在粗差及突变，即使通过ppk处理，在利用POS辅助平差前依然对其进行一次优化处理。首先利用获取的外方位元素中的线元素（GPS）进行同名像点匹配，对POS信息进行优化，并剔除部分粗差。在像片外方位元素已知的情况下，当量测了一对同名像点后，即可利用前方交会计算出对应地面点的地面摄影测量坐标，研究一即采用Agisoft Metashape Pro数字航空摄影测量系统直接运用已知的外方位元素进行直接定向并输出空三加密成果。

图5：GINS定位定姿系统（POS）数据处理软件

（2）研究二：利用像控点进行区域网平差空中三角测量

     实验区处于重庆奉节南部高山区域，遍布原始森林，植被覆盖率超90%，受地形限制，无法满足低空数字航空摄影测量外业规范中的控制点布设规定，只能以山谷居民区、公路、部分山脊等地选择布设点，控制点分布如图所示。内业使用Agisoft Metashape Pro数字航空摄影测量系统先进行一次自由网空三，然后引入控制点进行光束法区域网平差，以完成空中三角测量。空三加密及精度统计如图6所示。

图6：空三加密及控制点残差统计

5.2正射影像质量分析

使用Agisoft Metashape Pro数字航空摄影测量系统对两种方式所得的空三结果，做同样的DEM生成与编辑、数字微分纠正、DOM镶嵌等处理，得到两套数字正射影像图。在实验区不同位置，利用RTK采集了30个检查点对通过两种方式生产的DOM的平面位置精度进行了检查，结果见表2：

表2 DOM检查点精度对比

通过上表可看出，研究一使用PPK技术差分解算的pos数据直接定向，生产的DOM平面位置误差最大的0.1985m，最小的0.0448m，其精度质量满足于低空数字航空摄影测量内业规范关于DOM成果限差要求。但研究一比研究二常规方式引入控制点，进行区域网平差生产所得DOM的精度要略差一些，可以看出研究二所得DOM平面误差最小0.0169m，最大0.1054m。

6 结语

（1）通过对实验区的两种方式生产的DOM质量分析可看出，利用GNSS动态差分后处理技术免像控生产的DOM成果，其成果完全满足于低空数字航空摄影测量内业规范关于1：1000数字正射影像图成果的精度要求；

（2）通过ppk差分POS直接定向生产的DOM，精度上略差于传统引入控制点生产的DOM，在以后生产实践中，为保证精度质量，建议引入少量的控制点参与空中三角测量，但在数量上可以减少30%至60%。

（3）利用GNSS动态差分后处理技术进行航测生产DOM，免像控或者减少像控点，作业效率明显得到了提升，外业工作时间减少60%以上，内业数据处理时间减少20%以上。对作业人员技术要求也有一定程度上的降低，对于企业技术人员培训成本也有明显缩减。

（4）本次研究由于高山区大面积植被覆盖的影响，在山顶区域和部分原始森林区域未能采集像控点，没有对DEM成果和高程精度做具体的研究分析，在以后的生产实践中会进一步选取合适的实验区做相关的研究分析，为行业内使用ppk技术进行低空摄影测量提供一定的技术参考。

    通过以上实验分析，充分证明了基于GNSS动态差分后处理技术的免像控DOM是可行的，其成果精度质量完全满足于低空航测和正射影像生产的相关规范，使用该方法提高了工作效率，缩短了生产工期，减少了成本投入，可广泛用于应急救援、村、镇规划建设、污染监测、资源调查、考古研究等领域。