《無人機測繪技術》項目1任務3無人機測繪基礎知識

《無人機測繪技術》項目一無人機測繪技術基礎任務3無人機測繪基礎知識無人機測繪是綜合集成無人機飛行器、遙感傳感器遙測遙控、通信、導航定位和圖像處理等多學科技術，通過實時獲取目標區(qū)域的地理空間信息，快速完成遙感數據外理測量成圖、環(huán)境建模及分析的理論和技術。本任務我們將對無人機測繪的基礎知識進行學習，為后續(xù)無人機測繪實踐學習打下堅實的理論基礎。任務引入培養(yǎng)團隊協(xié)作精神、安全防范意識；培養(yǎng)精益求精工匠精神；弘揚勇于創(chuàng)新的勞模精神。思政要點03能夠列舉幾種無人機測繪任務的軟硬件設備；能夠說出幾種三維模型的精度評定標準。技能要點02掌握無人機攝影測量制圖技術的相關理論知識；了解無人機航測和遙感作業(yè)，遙感信息處理等規(guī)范與標準。知識要點01學習目標無人機測繪常見的硬件設備和軟件設備；無人機航測的相關標準。無人機攝影測量制圖技術。重點難點學習重點和難點04無人機航測實景三維模型精度評定03無人機攝影測量制圖技術02無人機測繪任務設備01無人機航攝基本知識目錄CONTENTS06無人機遙感信息處理的規(guī)范與標準05無人機遙感作業(yè)標準2無人機測繪基礎知識Part1無人機航攝基本知識無人機航攝定義無人機航空攝影是以無人駕駛航空器作為空中平臺，搭載數據采集設備，如高分辨率CCD數碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀，激光掃描儀、磁測儀等獲取信息，用計算機對圖像信息進行處理，并按照一定精度要求制作成成果文件。全系統(tǒng)在設計和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點，是集成了高空拍攝、遙測技術、影像、微波傳輸和計算機影像信息處理等的新型應用技術。無人機航攝特點無人機航拍影像具有高清晰度、大比例尺、小面積、高時效性的優(yōu)點。特別適合獲取帶狀地區(qū)航拍影像（公路、鐵路、河流、水庫、海岸線等）。且無人駕駛飛機航攝操作方便，易于轉場的遙感平臺。起飛降落受場地限制較小，在操場、公路或其他較開闊的地面均可起降，其穩(wěn)定性、安全性好，經濟性能突出。小型輕便、低噪節(jié)能、高效機動、影像清晰、輕型化、小型化、智能化更是無人機航攝的突出特點。無人機航攝應用場景國家生態(tài)環(huán)境保護海洋環(huán)境監(jiān)測城市規(guī)劃與市政管理礦產資源勘探土地利用調查公共安全

無人機航攝發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢智能化

長續(xù)航多元化a.具備自主決策和自動控制能力的，讓飛行更加簡單。b.可控的自我學習及應用能力，提升飛行安全及功能性。c.5G帶來的實時實景視頻及控制，讓更多應用成為可能。d.結合人工智能技術，變?yōu)檎嬲目罩兄悄芷脚_。a.動力系統(tǒng)的更新?lián)Q代。b.石墨烯電池、氫燃料電池的開發(fā)。c.無線充電及太陽能充電站的開發(fā)。a.民用無人機因使用方便且價格低廉，在農林植保、影視航拍、電力巡檢、航空攝影測量等諸多領域都有著重要的影響力。b.國內民用無人機政策的規(guī)范和低空空域改革的深化，我國民用無人機行業(yè)將呈現爆發(fā)式增長,預計未來10年,市場總規(guī)模將超過300億元。2無人機測繪基礎知識Part2無人機測繪任務設備硬件設備Mavic3E/3T飛行器機身可折疊，配備水平全向、上視、下視視覺系統(tǒng)和紅外傳感系統(tǒng)，具備自動返航及全向障礙物感知功能。01經緯M300RTK無人機是大疆2020年發(fā)布的旗艦無人機，配備雙RTK模塊，搭配測繪相機后，可以實現高精度中低空測繪建模，是大疆測繪無人機的主力機型。02測繪無人機硬件設備禪思P1全畫幅相機是一款高性能、多用途的航測負載，集成了全畫幅4500萬圖像傳感器與三軸云臺，支持多款鏡頭。搭配經緯M300RTK飛行平臺和大疆智圖后處理軟件，為用戶提供一體化、高精度、高效率航測解決方案。01禪思L1是一款高度集成、高性價比、易用的行業(yè)激光雷達負載。一體化集成Livox、高精度慣導、1英寸測繪相機和三軸云臺等模塊，搭配經緯M300RTK和大疆智圖，形成一體化解決方案，輕松實現全天候、高效率實時三維數據獲取以及復雜場景下的高精度后處理重建。02測繪云臺相機軟件設備無人機搭載云臺（相機）采集到的影像通常需要數據處理軟件數據通過空中三角測量及建模軟件進行實體三維建模，提供自主航線規(guī)劃、飛行航拍、二維正射影像與三維模型重建。目前使用最廣的數據處理軟件有ContextCapture、Pix4Dmapper、清華山維EPS等，其中Pix4Dmapper多用于進行正射模型處理，ContextCapture多用于進行三維模型處理。②數據處理軟件無人機任務規(guī)劃軟件具有飛行監(jiān)控及無人機控制、地圖導航及航線規(guī)劃、任務回放、任務設備控制等功能。目的是幫助操作者規(guī)劃最優(yōu)飛行航路，在確保無人機安全的前提下，最大限度發(fā)揮無人機的作用，完成飛行任務。常見的無人機任務規(guī)劃軟件有DJIPilot2和UAVSGCS等。①任務規(guī)劃軟件2無人機測繪基礎知識Part3無人機攝影測量制圖技術無人機攝影測量制圖技術要將無人機采集地理信息繪制成圖，主要包括內業(yè)加密、內業(yè)立體測圖、圖幅接邊、外業(yè)調繪和補測、內業(yè)編輯、圖幅檢查與接邊等步驟。無人機攝影獲取的地理信息數據可以用于三維實景建模，實現土方測量、農林勘查、三維可視化應用等，整個過程通常由專業(yè)的航測建模公司完成。內業(yè)加密加密是指利用影像數據、航攝儀資料、外業(yè)像控點信息表、像控點成果和刺點聯(lián)測網圖等進行空中三角測量。在進行空中三角測量前，要做好充分的準備工作。包括建立測區(qū)目錄、測區(qū)信息文件、攝影信息文件等，并生成金字塔影像，同時以外業(yè)控制點的布設情況為依據劃分加密區(qū)域網，每個區(qū)域網內的航線數量是根據精度要求、使用的軟件平差能力確定的。加入控制點文件進行約束平差，控制點量測需要人工觀測，區(qū)域網加密完成后必須進行接邊。區(qū)域網間公共點接邊，規(guī)定平面和高程較差不得超過空中三角測量加密的精度和各種限差，并取中數作為使用值。內業(yè)立體測圖通過全數字攝影測量工作站進行內業(yè)測圖工作，初步編輯處理完成之后，生成待編數據文件和野外調繪圖。內業(yè)立體采集以位置為主，同時用相應的符號標記立體下識別的地物，在內業(yè)能夠判定其性質的情況下對其進行適當的分類，對無法判定性質的情況根據設計要求進行采集。對高大建筑物和其他地物因遮擋而無法測出的區(qū)域范圍并明確標記，再由外業(yè)人員進行補測。內業(yè)測圖完成后，生成線劃圖并進行粗編，從而滿足外業(yè)調繪需要。圖幅接邊數據采集完成后，導出測圖數據文件，然后利用CAD等軟件進行初編。檢查合格后，用繪圖儀噴繪出一套比例尺為1：2000的彩色調繪紙圖，為外業(yè)提供工作底圖，進行全要素調繪。外業(yè)調繪和補測01外業(yè)調繪的內容在圖上表示時要求必須清晰可見，同時各種標記要準確無誤、位置合適、書寫工整。補測時，可以采用以明顯地點為起始點的交會法或截距法。成片用全站儀或GPSRTK進行補測，外業(yè)補測地物精度也要符合設計中的規(guī)定，滿足相應的精度要求。02內業(yè)編輯01數據編輯處理是在野外調繪和補測后，檢查合格的調繪圖紙對原先采集的圖形數據進行修改、處理，并加注各類注記要素，進行圖面整飾，得到滿足圖式規(guī)范要求的成果文件。02內業(yè)編輯是以外業(yè)調繪數據為根據對立體量測數據進行確認、增加、刪除和修改等操作。圖幅檢查與接邊編輯完成后，所有圖幅要進行兩級檢查一級驗收，檢查后要對圖幅之間進行接邊，確保圖與圖之間編輯具有一致性。2無人機測繪基礎知識Part4無人機航測實景三維模型精度評定精度評定概述其中三維模型具備真實、細致、具體的特點，通常稱為真三維模型?？梢詫⑦@種實景三維模型當作一種新的基礎地理數據來進行精度評定，包括位置精度、幾何精度和紋理精度三個方面。無人機傾斜攝影測量技術能夠提供三維點云、三維模型、真正射影像（TDOM）、數字表面模型（DSM）等多種成果形式。位置精度01三維模型的位置精度評定跟空三的物方精度評定有類似之處，通過比對加密點和檢查點的精度進行衡量。02在控制點周邊比較平坦的區(qū)域，精度比對容易進行，在房角、墻線、陡坡等幾何特征變化大的地方，模型上的采點誤差比較大，精度衡量可靠性降低，可以聯(lián)合影像作業(yè)，得到最終的成果矢量或模型數據再進行比對。幾何精度傳統(tǒng)手工建?？梢宰杂稍O計地物的幾何形狀，而真三維自動化建模，影像重疊度越大的地方地物要素信息越全，三維模型的幾何特征就越完整。影像重疊度不夠可能出現破面、漏面、漏縫、懸空等情況，影響地物幾何信息的完整表達。這種屬于原理性問題，無法完全避免，可以按照下面的方法進行評定。在三維模型瀏覽軟件中參照航拍角度固定瀏覽視角，同時拉伸到與實際分辨率相符的高度去查看模型，看不出明顯的變形、拉花即可判定為合格，反之為不合格。紋理精度三維建模完全依靠計算機來自動匹配地物的紋理信息，由于原始影像質量不同，導致匹配結果可能存在色彩不一致、明暗度不一致、紋理不清晰等情況。01要提高紋理精度就必須提高參加匹配的影像質量，剔除存在云霧遮擋覆蓋、鏡頭反光、地物陰影、大面積相似紋理、分辨率變化異常等問題像片，提高匹配計算的準確度。022無人機測繪基礎知識Part5無人機遙感作業(yè)標準無人機遙感作業(yè)標準當前在遙感作業(yè)方面，國內現有的相關標準規(guī)范主要是由國家標準化管理委員會、國家測繪局和地質調查局等部門頒發(fā)的針對遙感作業(yè)的標準規(guī)范。在高分辨率和低空航空攝影的標準中，部分安全規(guī)范和操作規(guī)范的條款適用于輕小型無人機遙感作業(yè)規(guī)范，而低分辨率和高空航空攝影的規(guī)范對此基本不適用；而對于相應的應急預案，現有的標準中幾乎沒有適用的內容，亟待制定全新的標準來進行指導。遙感作業(yè)法規(guī)與安全須知規(guī)范標準對于遙感作業(yè)的法規(guī)與安全規(guī)范，目前的相關規(guī)范標準主要有地質礦產部、國家測繪局等部門頒布的《航空遙感攝影技術規(guī)程》《中華人民共和國測繪行業(yè)標準——測繪作業(yè)人員安全規(guī)范》《低空數字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》等規(guī)范，其中大部分對于遙感作業(yè)安全做出的規(guī)范具有普遍性，適用于制定輕小型無人機遙感作業(yè)的相關標準。遙感作業(yè)法規(guī)與安全須知無人機遙感的商用、民用需求和使用頻率不斷增長，而我國在相關空域管理法規(guī)、人員培訓和基礎設施建設及保障方面與急劇膨脹的無人機遙感市場空域開放需求不相適應，制約了無人機遙感事業(yè)的發(fā)展。01現有標準中缺乏對于操作無人機進行遙感測繪時應注意的安全事項的規(guī)定，如高壓電線、較高的建筑物附近或人員密集的城鎮(zhèn)區(qū)域進行測繪時的安全防護措施等。在制定新標準時，需要參照以上對于測繪安全已有規(guī)定的標準，制定出具有針對性的無人機遙感測繪安全規(guī)范。02安全須知遙感作業(yè)操作規(guī)范01目前，對于遙感作業(yè)操作規(guī)范，相關規(guī)范標準主要有地質礦產部、國家標準化管理委員會和國家測繪局等部門頒發(fā)的《遙感影像平面圖制作規(guī)范》《航空遙感攝影技術規(guī)程》《數字航攝儀檢定規(guī)程》《無人機航攝安全作業(yè)基本要求》等規(guī)范。沒有專門針對輕小型無人機遙感作業(yè)的操作規(guī)范。這些規(guī)范中，部分對于航攝的相關操作規(guī)范和要求適用于輕小型無人機遙感作業(yè)，而針對高分辨率和高空攝影的部分，標準不再適用。02遙感作業(yè)應急預案目前，對于遙感作業(yè)的應急預案尚無已經頒布實施的標準或法規(guī)，與之相關的內容僅有國家測繪局頒布的CH1016-2008《測繪作業(yè)人員安全規(guī)范》中的小部分條款。2無人機測繪基礎知識Part6無人機遙感信息處理的規(guī)范與標準無人機遙感信息處理的規(guī)范與標準遙感信息處理是對遙感作業(yè)獲得的信息進行加工處理并得到有效信息的技術，是遙感最關鍵的環(huán)節(jié)之一，能否得到真實有效的信息將直接關系到遙感任務是否有效完成。必須要保證遙感信息處理的過程嚴格按照相應的規(guī)范或標準執(zhí)行。同時，也應制定完備、精確的信息處理規(guī)范，來保證實際操作時有章可循。遙感信息處理包括數據預處理與精處理、信息提取與綜合和數據管理等幾個步驟。12數據預處理與精處理對于遙感作業(yè)的數據處理部分，相關標準主要有國家測繪局和國家標準化委員會等部門頒布的《低空數字航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》《遙感影像平面圖制作規(guī)范》《1：500，1：1000，1：2000地形圖航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》等幾部法規(guī)，其中關于地形圖編輯、產品分類和數字產品的技術指標要求等內容仍適用于輕小型無人機遙感作業(yè)的數據處理。信息提取與綜合在制定新的標準或規(guī)范時，可以根據專家的意見增添對該項有針對性的內容。對于遙感信息的提取與綜合，現有標準中針對性的內容較少，相關內容在數據管理和數據預處理與精處理兩節(jié)中均已列出?？紤]到遙感信息的保密級問題，對于不同的遙感結果，其處理方式也應有所不同，需根據實際情況遵照對應的標準和規(guī)范進行信息處理。在制定標準時需要考慮涉密等安全問題，并做出全面的規(guī)范。數據管理對于遙感得出的原始數據和經過處理后得到的蘊含有重要信息的數據，必須根據相關條例加以管理。目前我國關于此項內容的規(guī)范尚停留在對于成果進行整理的技術性指導層面，而未深入到如何利用和管理相關的重要數據及其信息。因此，在此方面需要制定具有針對性和指導性的法規(guī)或標準。我國現有的相關標準規(guī)范主要有國土資源部、地質調查局與地質礦產部頒發(fā)的《航空遙感攝影技術規(guī)程》《物探化探遙感勘查技術規(guī)程規(guī)范編寫規(guī)定》《中國地質調查局地質調查技術標準》《低空數字航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》和《數字航空攝影測量