近年来，随着航空摄影测量的发展，特别是无人机技术的飞速发展，以无人机为平台的低空摄影测量得到广泛应用。无人机摄影测量具有操控简单、效率高、能及时地获取有效的数据信息、成本低、受地理环境影响小等优点，配合航拍软件可快速获取对地影像，已经是现有的3DGIS、航天、航空遥感和地面遥感系统不可缺少的弥补手段。无人机摄影测量在近几年发展势头日渐迅猛，与此同时，如何提高无人机摄影测量的成图精度，同时如何在保证成果精度的同时减少布设像控点工作量等问题也备受人们关注。
像控点布设是航空摄影测量中的重要环节，但是由于无人机质量轻以及外界因素的影响，无人机在作业过程中姿态不稳定，获取的影像存在重叠率不规则和影像倾角过大等特点，因此无人机地面像控点的数量和分布和以往的传统航空测量的要求有所不同。近年来，有很多学者展开了提高无人机测图精度的研究。
本文使用FD-130B六旋翼无人机采集了沿海某村庄影像，通过分析不同的像控点数量及分布与无人机航测成果质量之间的关系，分析验证了像控点数量及分布与空中三角测量、数字正射影像图(DOM)、数字高程模型(DEM)之间的关系，研究了无人机航测大比例尺地图所需控制点数量及分布，为无人机在航空摄影测量中满足成图需求提供有效参考。
1、研究数据
1.1 研究区域
研究区域位于沿海地区浙江省宁波市象山县石浦镇树桥头村，总面积约0. 4 km2，居民楼大多都是二三层楼房，交通便利，地势平坦，建筑物较密集，沿街道建设。
1. 2影像数据及像控点信息
影像数据获取使用富地FD-130B六旋翼无人机(如图1所示)飞行平台，最大载荷为5 kg,云台可以搭载各种快拆式传感器，本次实验无人机搭载FD-5120倾斜相机进行影像采集，机身装置4块容量为22 000 mA蓄电池，有效作业时间30分钟，POS数据定位精度水平精度小于±0. 10 m，垂直精度小于±0. 10 m。采用常规RTK测量模式进行像片控制点采集，平面和高程精度均优于±0.01 m，像片控制点共33个，坐标系统为地方独立平面坐标系和1985国家高程基准。
1. 3航摄参数
该飞行区域面积约为0 . 4 km2，根据任务需要以及《低空数字航空摄影测量外业规范》的相关要求，航向重叠率设置80%，旁向重叠率设置为80%，相对航高为75 m，航线为南北方向，共飞行3架次，下视镜头获得1496张影像。
2、像控点布设方案
像控点是无人机摄影测量解析空三加密和测图的基础，用于空中三角测量(空三加密)或直接用于测图定向的像片控制点，其位置的选择、平面位置和高程的测定直接影响到内业成图的精度。像片控制测量的布点方案分为:全野外布点方案、非全野外布点方案和特殊情况的布点方案，本次实验采用非全野外布点方案和无人机航测像控布设在飞行前布设的方法。
2. 1像控点的选点
为保障数据成果精度，像控点应该选择在航摄像片上影像清晰、目标明显的像点，保证后期刺点方便、准确，实地布点时，对于地形不平坦、水系等以及航摄时像控点区域可能变化的地方，会影响空三内业刺点误差，均不能用作像控点。因为研究区域地势平坦，地形起伏不大，但只有中间区域是村庄，大部分区域是农田，所以航摄区域合适的像控点很少，为提高刺点精度，保证成图精度，在航摄前在村庄和农田中的道路上采用刷油漆的方式提前布置像控点标志，标志为“L”型，如图2所示。
2. 2像控点布设方案
从像控点布设的一般原则上来讲，像控点应该立体、均匀的分布在摄区内，并且要加强测区边缘的控制，并且兼顾中部控制，点位不能分布在近似一条直线或者近似平面内，在遵循像控点布设的一般原则的基础上，由于该研究区域属于平坦区域，像控点的选择仅根据均匀分布的原则，未过多考虑地形因素。设计了9种控制点布设方案，如图3所示:
（1）五点法，在近似正方形的研究区域四个角分别选取一个点作为像控点且在研究区域中心选取一点，共5个点作为像控点，进行加密解算，如图3（a）所示。
（2）七点法，在五点法的基础上分别沿航线方向和垂直航线方向在两像控点之间增加两个点，如图3（b）所示。
（3）九点法，在五点法的基础上沿航线方向和垂直航线方向在两像控点之间增加四个点，如图3（c）所示。
（4）十三点法，在九点法的基础上分别沿航线方向和垂直航线方向像控点之间增加四个点，如图3（d）所示。
（5）十五点法，在九点法的基础上分别沿航线方向和垂直航线方向像控点之间增加六个点，如图3（e）所示。
（6）二十五点法，在九点法的基础上沿航线方向和垂直航线方向像控点之间增加十六个点，如图3 （f）所示。
3、数据处理
目前测绘领域里使用无人机处理航空影像的成图软件非常多，如Bentley ContextCap-ture、Pix4D、APS、Agisoft PhotoScan等智能的全自动航空影像后处理软件，使用无人机航拍获取的影像数据在这些软件中可以快速生成数字高程模型、正射影像图和三维模型等数据产品。Bentley ContextCapture可以通过简单的照片生成具有高分辨率的真实三维模型，Pix4D、 APS、 Agisoft PhotoScan等软件自动化的工作流程操作非常简单，可进行深度、复杂的数据处理，生成高分辨率DEM和正射影像图等数字成果。
本文数据使用AgisoftPhotoScan软件处理生成DEM和正射影像，PhotoScan是俄罗斯Agisoft公司研发的基于影像自动生成高质量三维模型的软件，自动化程度高，操作简便，GPU加速，处理过程更快捷，精度高，成果详细。
将影像和对应POS数据导入PhotoScan工程中，对齐照片，使用多视图三维重建技术从重叠影像中估算出每张影像曝光瞬间相机的位置和匹配点形成的稀疏点云的位置;优化照片对齐方式之前需要刺点，这是唯一需要手动操作的，为了保证刺点精度，每个控制点必须在多个影像上刺出;进行密集匹配，建立密集点云，根据实验目的和电脑配置，本次数据处理生成中等密度点云;根据密集点云生成网格;赋予纹理;生成数字高程模型(DEM)和正射影像。每个像控点布设方案数据处理流程如图4所示。
4、试验结果分析
4.1 精度评定标准
无人机影像处理完成后，利用像控点和检查点对成果进行精度评定，将生成的数字正射影像和数字高程模型导入ZTMAPGIS，在数字正射影像找到像空点位置并提取各点的平面坐标，将各点的平面坐标导入数字高程模型，提取对应的高程信息。以RTK实测的坐标数据和空三加密后提取坐标数据，计算9个方案的平面和高程中误差，对比分析9个方案的精度，中误差计算公式为:
上式中xi，yi，hi为第i个像控点在正射影像中提取出的坐标值，xi′，yi′，hi′第i个像控点实测坐标，n表示像控点的个数。
无人机获取的影像成果精度评定的标准分为三部分，空中三角测量精度、成果分辨率和成果测图精度。
4. 2空中三角测量精度分析
根据中误差计算公式，结合方案中的像控点，计算各个试验的平面中误差，高程中误差，如表1所示。
从表1可以看出除方案一、二、三外，其他试验的平面中误差和高程中误差的精度均满足1：500、1：1000、1：2000比例尺数字航空测量空中三角测量规范中测图精度的要求。方案二、三精度满足1：1000、1：2000比例尺数字航空测量空中三角测量规范中测图精度的要求，方案一只满足1：2000精度要求。
随着控制点的数量增加，当平面中误差和高程中误差精度趋于稳定时(图5)，精度都在同一量级，说明空中三角测量精度和控制点数量和布设方案有关，但控制点增加到一定数量时，精度不再明显提高。
4. 3 DOM和DEM成果精度分析
本次试验得到的成果分辨率均接近1.50cm/pix,所以分辨率满足基础地理信息成果1：500、1：1000、1：2000数字高程模型精度要求和基础地理信息成果1：500、1：1000、1：2000数字正射影像成图分辨率。以检查点坐标平面中误差和高程中误差评价无人机影像生成的DOM和DEM数据精度，计算结果见表2。
由表2可以看出，方案一、二、三生成的正射影像精度误差比较大，不能满足规范要求，其他方案生成的正射影像精度均满足基础地理信息成果1：500、1：1000、1：2000数字正射精度要求。
方案一生成的DEM高程精度不能达到基础地理信息成果1：500、1：1000数字高程模型精度要求，方案二、三不满足1：500数字高程模型精度，方案四到九生成的DEM均符合基础地理信息成果1：500、1：1000、 1：2000数字高程模型精度要求。
根据像控点布点多少和位置的不同对数据成果精度的影响，可以看出，当控制点很少时，不能满足1：500、1：1000、1：2000比例尺数字航空测量空中三角测量规范中测图精度的要求和基础地理信息成果1：500、1：1000、1：2000数字成果精度要求，但控制点个数到一定数量时，精度趋于一定值。控制点相同时，沿航线方向均匀分布在测区，位置不一样，精度差值在毫米级，相比较与精度标准，对精度影响不是很明显。
5、结束语
通过此次试验，设计不同的像控点方案，验证了无人机在不同的像控点数量和分布时成图的精度可以满足1：500、1：1000、1：2000比例尺数字航空测量规范要求，分析空三测量精度、DEM和正射影像与像控点数量及分布之间的关系，为无人机摄影测量提供有效参考。结论如下:
（1）当像控点数量足够多且均匀沿航线分布时，无人机生成的数字成果满足基础地理信息1：500、1：1000、1：2000数字成果精度要求。
（2）无人机数字成果精度随着像控点数量增加而增加，但到一定界限时，随着像控点增加，精度趋于稳定。