无人机测绘数据处理关键技术和应用探究

1、无人机测绘数据处理关键技术及应用探究年份：起源：测绘通报第1页1、研究背景1、国内外研究现状2、研究内容3、研究意义4、亮点与不足目录第2页 伴随通信技术、传感器等技术发展，无人机测绘作为一个低成本、高精度、操作简便遥感影像获取设备应运而生。特点是机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、使用范围广、生产周期短。其数字测绘产品在工程建设、城镇规划、动态监测和应急测绘等方面已得到广泛应用。当前无人机测绘市场日益增加，测绘数据处理工作量巨大。研究无人机测绘数据处理关键技术，提升生产效率和结果精度意义深远。研究背景第3页无人机测绘是近些年发展起来高新技术。由至年图表数据可知，无人机广泛应用使得4D

2、结果数据（DEM、DOM、DRG、DLG）提供量连续大幅增加。第4页 无人机是经过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控不载人飞行器。一、无人机系统 无人机系统主要包含飞控系统、导航系统、动力系统和数据传输等。研究无人机系统单位主要有大疆、Parrot、3DRobotics 和 Asc Tec 等硬件生产商，天宝、拓普康、中海达、南方测绘等专业测绘仪器企业。未来发展趋势将以行业应用为导向，定向研发，如测绘无人机、植保无人机、电力巡航无人机、搜救无人机、监测无人机、物流无人机等。它们在续航、载重、避障、姿态稳定性等方面需求是不一样。国内外研究现实状况第5页固定翼无人机优点：续航时间长，载荷大

3、缺点：起飞需助跑、降落需滑行，不能空中悬停无人直升机优点：垂直升降、空中悬停缺点：机翼结构复杂，维修费用高昂，多旋翼无人机优点：可垂直升降、空中悬停、结构简单缺点：续航短、载荷小、飞控要求高 按照不一样平台构型，无人机可分为固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机。无人机测绘多使用固定翼无人机和多旋翼无人机平台。第6页二、无人机测绘数据处理 无人机测绘数据处理是指结合控制点数据对无人机获取航飞数据进行处理形成数字测绘产品过程。当前国内外提供无人机测绘数据处理方案多为专业航测软件企业。INPHO 和 UASMaster 被称为无人机大师，是一套完善 UAV 数据处理系统。该系统集成了空三加密、DT

4、M/DSM 提取和编辑、正射校正和镶嵌匀色功效，针对无人机姿态稳定性差、影像像幅小、后期处理工作量大、影像投影差变形大等后期处理难点提供处理方案，可满足无人机航测内业数据产品生产和应急测绘中由无人机快速获取 DEM/DSM 和DOM 需求。 武汉适普软件有限企业自主研发全数字摄影测量 Virtuo Zo 系统已被国际摄影测量界公认为三大实用数字摄影测量系统之一。 年 5 月 10 日，成都纵横与武汉讯图在北京公布了 CW-10C 航测系统，并称之为“1 500 免像控无人机航测系统”。国内外研究现实状况第7页一、相机检校 无人机测绘普通搭载非量测相机，其主距 f 和像主点在像片中心坐标系里坐标

5、未知，须进行内定向。同时非量测相机镜头畸变差较大，所量测像点坐标产生误差，造成像点、投影中心和对应物方点之间共线关系受到破坏，影响物方坐标解算精度，必须对其进行校正。检校内容：（1）内方位元素即像主点位置（X0,Y0）与主距（f）测定（2）光学畸变系数（包含径向畸变差和偏心畸变差测定）检校方法：惯用方法主要有试验场检校法、自检校法和基于多像灭点检校方法。其中试验场检校法相对成熟且应用广泛，自检校法灵活性强但效率低，基于多像灭点检校法在 可 变 焦 镜 头 标 定 上，算 法 复 杂 结 果 更准确。无人机测绘数据处理关键技术第8页二、PPK 与 INS PPK 技术，又称为动态后处理技术，是利

6、用载波相位进行差分 GPS 定位技术。PPK 技术与传统测量相比含有以下优势: 受通视条件、能见度、气候、季节等原因影响和限制小; 作业半径大，可达 30 km; 定位精度高，误差不传输，不累积，精度可达 5 mm。 INS 即惯性导航系统，也称作惯性参考系统，是一个不依赖于外部信息，也不向外部辐射能量自主式导航系统。基本原理是依据惯性空间力学定律，利用陀螺仪和加速计等惯性元件感受运行体在运动过程中旋转角速度和加速度，经过伺服系统地垂跟踪或坐标系统旋转变换，在一定坐标系内积分计算，最终得到运动体相对位置、速度和姿态等导航数据。陀螺和加速计等惯性元件总称为惯性单元( IMU) ，它是 INS 关

7、键部件。 PPK 与 INS 分别获取高精度位置信息( x，y，z)与姿态信息( ，) ，用于空中三角测量。第9页三、空中三角测量 空中三角测量也称空三加密，是利用航摄像片与所摄目标之间空间几何关系，依据少许像片控制点，计算待求点像片外方位元素过程。当前广泛应用是 GPS /IMU 辅助空中三角测量。空中三角测量是数字测绘产品生产最关键步骤，决定了整个产品精度。 空中三角测量主要包含像点匹配、控制点量测和平差。像点匹配由软件自动完成，参数设置尤为关键。通常无人机航飞影像像幅小，初始姿态参数误差较大。在引入 GPS/IMU 后也不可防止地出现一部分粗差点。 “人为迭代”法：详细过程是首次空三加密

8、完成后得到外方位元素，将外方位元素作为 POS 数据再次用于空三加密。在此基础上进行像点匹配，可显著提升整体匹配精度。 控制点量测时，先量测测区四面 4个控制点后进行平差，其它控制点能够经过预测功效找到粗略位置到达快速量测目标。控制点量测由专业人员进行，并由另外一位专业人员检验。应用控制点参加计算，能够提升空三加密精度。 第10页四、DEM 生产 数字高程模型( DEM) 是经过有限地形高程数据实现对地面地形数字化模拟( 即地形表面形态数字化表示) ，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程一个实体地面模型，是数字地形模型( DTM) 一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。无人机航空摄影测量

9、生产 DEM 主要过程包含在空三加密基础上对原始影像进行重采样生产核线影像，系统自动匹配三维离散点，得到 DSM，最终进行滤波得到 DEM。 即使航测软件实现了自动匹配，不过因为现实地物复杂性及人工地物影响，需要对 DEM 进行人工编辑。DEM 是原始航片进行纠正基础，只有准确 DEM 才能确保 DOM 精度。第11页五、 DOM 生产数字正射影像( DOM) 是对航空( 或航天) 相片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成数字正射影像集。它是同时含有地图几何精度和影像特征图像。无人机航空摄影测量生产 DOM 主要过程包含在空三加密基础上进行 DEM 数据处理、影像匀光匀色处理、影像纠

10、正处理、DOM 镶嵌处理及分幅裁剪处理。高质量 DEM 是确保 DOM 精度前提，特殊区域如高架桥、陡壁等需要手动添加特征线。无人机航飞影像像幅小，镶嵌处理是 DOM 生产人工处理工作量比较大一个步骤，镶嵌线尽可能沿自然地物且避开建筑物，确保 DOM 接边精度符合要求。第12页六、 DLG 生产数字线划图( DLG) ，是与现有线划基本一致各地图要素矢量数据集，且保留了各要素空间关系信息和相关属性信息。无人机航空摄影测量生产 DLG 主要过程包含在空三加密基础上恢复立体像对、立体采集、外业调绘和内业编辑成图。DLG 生产周期在数字测绘产品生产中最长，其立体采集需要专业技术人员佩戴3D 眼镜经过

11、专业立体电脑采集。第13页七、实景三维模型生产实景三维模型属于三维模型范围，与传统人工建模不一样是其场景是实地真实反应。实景三维模型以其生产自动化高效率和逼真细腻地物现势景观表现而表达出其相对于其它建模方式模型在大范围城市三维场景模型方面巨大优势，它为大范围规划设计提供了一个宏观视角。实景三维模型生产 当前比 较成 熟 软件有Context Capture、Photoscan 等。 主要生产流程包含影像导入、定位信息导入、空三加密、模型生产和模型修复。第14页 无人机测绘数据产品含有生产周期短、时效性高和分辨率高特点，在国土测绘、规划设计、环境监测和应抢救灾等方面应用得到快速推广。( 1) 国

12、土测绘。经过获取无人机航摄数据，能够快速掌握测区详细情况，应用于国土资源动态监测与调查、土地利用和覆盖图更新、土地利用动态改变监测、特征信息分析等，高分辨率航空影像还可用于区域规划等。( 2) 环境监测。高效快速获取高分辨率航空影像能够及时地对环境污染进行监测，尤其是排污污染方面。另外，海洋监测、溢油监测、水质监测、湿地监测、固体污染物监测、海岸带监测、植被生态等方面都能够借助遥感无人机拍摄航空影像或视频数据进行实施。( 3) 应抢救灾。不论是汶川地震、玉树地震，还是舟曲泥石流、茂县山体滑坡，测绘无人机都在第一时间抵达了现场，并充分发挥机动灵活特点，获取灾区影像数据，为救灾布署和灾后重建工作开

13、展，都起到了主要作用。3、研究意义第15页亮点：1、介绍了国内外无人机测绘数据处理软件，对国外INPHO系统，国内Virtuo Zo 系统进行了较为详细阐述。有利于认清当前无人机测绘发展趋势。2、在空中三角测量中提出“人为迭代”法，在此基础上进行像点匹配，可显著提升整体匹配精度。不足：1、篇幅过短，内容较为薄弱，应对无人机测绘数据处理关键技术部分进行更详细探究，对市场背景分析、政策背景分析方面可进行选择性删减。2、对无人机测绘数据处理软件类型提及较少，而且未进行对比。4、亮点与不足第16页基于无人机遥感技术土地利用现实状况调查以百色市平果县安邦村为例第17页目录1、一、选题依据及意义二、研究目

14、标与主要内容三、研究方法和手段四、参考文献目录五、文献综述第18页一、选题依据及意义 土地利用调查是对土地资源合理管理需要，土地利用调查结果能够使土地资源管理规范化、信息化、社会化。经过对土地利用类别、分布、面积、权属等调查，取得最新土地利用现实状况基础数据和图件，最终建立当代化土地管理数据库。 不过土地利用现实状况调查工作量大、工序繁多，需要探索一个快速、准确技术方法来处理这些问题。传统航空遥感成本高，数据分辨率和成像质量也不一定能满足需要。利用无人机遥感低空飞行，能够填补以卫星、大飞机等为平台航天航空遥感在多云多雾区域难以高效率获取遥感数据缺点，得到更丰富空间信息、更显著地物几何信息高分辨

15、率航空影像。所以，无人机遥感技术能够有效填补传统航空遥感不足，含有一定优势性。 第19页无人机与其它遥感平台对比分析（1）影像分辨率高（2）无人机作业效率高（3）设备运输方便 （4）含有机动性、灵活性、安全性 （5）一次飞行、各种结果总而言之，与传统航空、卫星等遥感平台相比，低空无人机以独特技术，填补了其缺点。第20页二、研究目标与主要内容百色市平果县内多山地、丘陵，交通以国道、县道为框架，乡村道为网络公路交通体系。安邦村位于平果县城东北部，临近马平高速公路，境内地质地貌类型多样，自然条件差异大，耕地、林地资源丰富，其中耕地以水田为主。近几年来，因为征地、道路翻修、新建水库、降水降低造成种植作

16、物大面积改变，使得多处土地利用类型和权属现实状况发生了改变。第三次全国土地调查开启，将会对已经有内容细化、对变化内容更新、对新增内容补充，所以更新对应数据库很有必要。一、研究目标第21页二、研究目标与主要内容一、研究目标：以无人机遥感影像为基础，开展土地利用现实状况调查，对百色市平果县（包含耕、园、林、草、居民用地、交通用地、水域和未利用地等）权属、面积、位置、利用类型进行调查，得出一个适当精度调查结果。无人机航测能轻便灵活、高时效、低成本、高分辨率地获取空间遥感信息，对于村级规划应用都含有显著优势，能较大程度降低生产成本，提升大百分比尺土地利用现实状况调查结果质量，为后续土地规划编制工作奠定

17、良好基础。第22页二、研究内容1、无人机遥感数据获取无人机遥感数据获取主要包含航拍方案制订、空域申请、实地踏勘和场地选取、航线设计、组织飞行作业等步骤。无人机数据获取流程图如图所表示二、研究目标与主要内容第23页2、无人机遥感数据快速处理 数字正射影像（DOM）是利用DEM 对航空像片进行影像纠正、镶嵌、裁剪，得出最终影像数据。航拍后数据主要包含原始 JPG格式照片数据，相机 POS 数据。要进行无人机数据快速处理，还需要外业实测控制点数据。无人机遥感成像工具多采取数码相机，影像幅宽小、数量多，影像有较大畸变差等问题。要想快速取得正射影像就要借助软件进行自动化处理。 当前，惯用无人机影像快速处

18、理软件包含 ERDAS-LPS、Geoway、Virtuo Zo、Inpho、Pix4Dmapper 等。在处理软件选择上，计划选择是Pix4Dmapper 软件，该软件集全自动、快速、专业精度为一体，能够对数千张影像数据快速分析处理，自动生成对应高精度专业二维影像图和三维模型数据。二、研究目标与主要内容第24页Pix4Dmapper 处理无人机数据操作流程大致上可分为：数据准备、畸变差更正、空三加密、制作数字高程模型、正射纠正、镶嵌、裁切等，最终形成区域无人机正射影像图。使用该软件处理无人机数据流程如图所表示。第25页三、土地利用现实状况调查方法 采取内外业一体化作业方法，在航空正射影像基础

19、上，在 GIS 平台下，将 DOM 影像数据与行政界限套合，依据影像结合解译标志进行地类判读，然后勾绘出土地利用现实状况图斑，确定图斑边界及属性信息。内业目视解译结果要制成外业调查底图交于外业调查员经过野外实地调查与核查，对行政界限、权属界限、地类图斑边界、地类图斑属性进行确认。外业工作结束后由内业作业员直接在计算机上采取对应技术软件完成对解译结果修改及对应属性信息重新录入，并对属性数据进行分析处理，依据土地利用类型、权属、面积、分布及利用情况等信息数据，建立起土地利用数据库。二、研究目标与主要内容第26页二、研究目标与主要内容此种方法利用GIS软件，以遥感影像为主要信息源，依据遥感影像上反应地类特征来判断用地类型，与传统调查方法相比，含有地类判读快速、现势性强、工作效率高特点。第27页（一）研究方法1.文件研究法：进入知网搜集整理相关文件资料进行学习2.比较分析法：比较国内使用各种无人机类型以及型号，比较各类数据处理软件差异，相互之间优点与短处，从中找出最