《无人机测绘技术》项目1任务3无人机测绘基础知识

《无人机测绘技术》项目一无人机测绘技术基础任务3无人机测绘基础知识无人机测绘是综合集成无人机飞行器、遥感传感器遥测遥控、通信、导航定位和图像处理等多学科技术，通过实时获取目标区域的地理空间信息，快速完成遥感数据外理测量成图、环境建模及分析的理论和技术。本任务我们将对无人机测绘的基础知识进行学习，为后续无人机测绘实践学习打下坚实的理论基础。任务引入培养团队协作精神、安全防范意识；培养精益求精工匠精神；弘扬勇于创新的劳模精神。思政要点03能够列举几种无人机测绘任务的软硬件设备；能够说出几种三维模型的精度评定标准。技能要点02掌握无人机摄影测量制图技术的相关理论知识；了解无人机航测和遥感作业，遥感信息处理等规范与标准。知识要点01学习目标无人机测绘常见的硬件设备和软件设备；无人机航测的相关标准。无人机摄影测量制图技术。重点难点学习重点和难点04无人机航测实景三维模型精度评定03无人机摄影测量制图技术02无人机测绘任务设备01无人机航摄基本知识目录CONTENTS06无人机遥感信息处理的规范与标准05无人机遥感作业标准2无人机测绘基础知识Part1无人机航摄基本知识无人机航摄定义无人机航空摄影是以无人驾驶航空器作为空中平台，搭载数据采集设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成成果文件。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了高空拍摄、遥测技术、影像、微波传输和计算机影像信息处理等的新型应用技术。无人机航摄特点无人机航拍影像具有高清晰度、大比例尺、小面积、高时效性的优点。特别适合获取带状地区航拍影像（公路、铁路、河流、水库、海岸线等）。且无人驾驶飞机航摄操作方便，易于转场的遥感平台。起飞降落受场地限制较小，在操场、公路或其他较开阔的地面均可起降，其稳定性、安全性好，经济性能突出。小型轻便、低噪节能、高效机动、影像清晰、轻型化、小型化、智能化更是无人机航摄的突出特点。无人机航摄应用场景国家生态环境保护海洋环境监测城市规划与市政管理矿产资源勘探土地利用调查公共安全

无人机航摄发展趋势发展趋势智能化

长续航多元化a.具备自主决策和自动控制能力的，让飞行更加简单。b.可控的自我学习及应用能力，提升飞行安全及功能性。c.5G带来的实时实景视频及控制，让更多应用成为可能。d.结合人工智能技术，变为真正的空中智能平台。a.动力系统的更新换代。b.石墨烯电池、氢燃料电池的开发。c.无线充电及太阳能充电站的开发。a.民用无人机因使用方便且价格低廉，在农林植保、影视航拍、电力巡检、航空摄影测量等诸多领域都有着重要的影响力。b.国内民用无人机政策的规范和低空空域改革的深化，我国民用无人机行业将呈现爆发式增长,预计未来10年,市场总规模将超过300亿元。2无人机测绘基础知识Part2无人机测绘任务设备硬件设备Mavic3E/3T飞行器机身可折叠，配备水平全向、上视、下视视觉系统和红外传感系统，具备自动返航及全向障碍物感知功能。01经纬M300RTK无人机是大疆2020年发布的旗舰无人机，配备双RTK模块，搭配测绘相机后，可以实现高精度中低空测绘建模，是大疆测绘无人机的主力机型。02测绘无人机硬件设备禅思P1全画幅相机是一款高性能、多用途的航测负载，集成了全画幅4500万图像传感器与三轴云台，支持多款镜头。搭配经纬M300RTK飞行平台和大疆智图后处理软件，为用户提供一体化、高精度、高效率航测解决方案。01禅思L1是一款高度集成、高性价比、易用的行业激光雷达负载。一体化集成Livox、高精度惯导、1英寸测绘相机和三轴云台等模块，搭配经纬M300RTK和大疆智图，形成一体化解决方案，轻松实现全天候、高效率实时三维数据获取以及复杂场景下的高精度后处理重建。02测绘云台相机软件设备无人机搭载云台（相机）采集到的影像通常需要数据处理软件数据通过空中三角测量及建模软件进行实体三维建模，提供自主航线规划、飞行航拍、二维正射影像与三维模型重建。目前使用最广的数据处理软件有ContextCapture、Pix4Dmapper、清华山维EPS等，其中Pix4Dmapper多用于进行正射模型处理，ContextCapture多用于进行三维模型处理。②数据处理软件无人机任务规划软件具有飞行监控及无人机控制、地图导航及航线规划、任务回放、任务设备控制等功能。目的是帮助操作者规划最优飞行航路，在确保无人机安全的前提下，最大限度发挥无人机的作用，完成飞行任务。常见的无人机任务规划软件有DJIPilot2和UAVSGCS等。①任务规划软件2无人机测绘基础知识Part3无人机摄影测量制图技术无人机摄影测量制图技术要将无人机采集地理信息绘制成图，主要包括内业加密、内业立体测图、图幅接边、外业调绘和补测、内业编辑、图幅检查与接边等步骤。无人机摄影获取的地理信息数据可以用于三维实景建模，实现土方测量、农林勘查、三维可视化应用等，整个过程通常由专业的航测建模公司完成。内业加密加密是指利用影像数据、航摄仪资料、外业像控点信息表、像控点成果和刺点联测网图等进行空中三角测量。在进行空中三角测量前，要做好充分的准备工作。包括建立测区目录、测区信息文件、摄影信息文件等，并生成金字塔影像，同时以外业控制点的布设情况为依据划分加密区域网，每个区域网内的航线数量是根据精度要求、使用的软件平差能力确定的。加入控制点文件进行约束平差，控制点量测需要人工观测，区域网加密完成后必须进行接边。区域网间公共点接边，规定平面和高程较差不得超过空中三角测量加密的精度和各种限差，并取中数作为使用值。内业立体测图通过全数字摄影测量工作站进行内业测图工作，初步编辑处理完成之后，生成待编数据文件和野外调绘图。内业立体采集以位置为主，同时用相应的符号标记立体下识别的地物，在内业能够判定其性质的情况下对其进行适当的分类，对无法判定性质的情况根据设计要求进行采集。对高大建筑物和其他地物因遮挡而无法测出的区域范围并明确标记，再由外业人员进行补测。内业测图完成后，生成线划图并进行粗编，从而满足外业调绘需要。图幅接边数据采集完成后，导出测图数据文件，然后利用CAD等软件进行初编。检查合格后，用绘图仪喷绘出一套比例尺为1：2000的彩色调绘纸图，为外业提供工作底图，进行全要素调绘。外业调绘和补测01外业调绘的内容在图上表示时要求必须清晰可见，同时各种标记要准确无误、位置合适、书写工整。补测时，可以采用以明显地点为起始点的交会法或截距法。成片用全站仪或GPSRTK进行补测，外业补测地物精度也要符合设计中的规定，满足相应的精度要求。02内业编辑01数据编辑处理是在野外调绘和补测后，检查合格的调绘图纸对原先采集的图形数据进行修改、处理，并加注各类注记要素，进行图面整饰，得到满足图式规范要求的成果文件。02内业编辑是以外业调绘数据为根据对立体量测数据进行确认、增加、删除和修改等操作。图幅检查与接边编辑完成后，所有图幅要进行两级检查一级验收，检查后要对图幅之间进行接边，确保图与图之间编辑具有一致性。2无人机测绘基础知识Part4无人机航测实景三维模型精度评定精度评定概述其中三维模型具备真实、细致、具体的特点，通常称为真三维模型。可以将这种实景三维模型当作一种新的基础地理数据来进行精度评定，包括位置精度、几何精度和纹理精度三个方面。无人机倾斜摄影测量技术能够提供三维点云、三维模型、真正射影像（TDOM）、数字表面模型（DSM）等多种成果形式。位置精度01三维模型的位置精度评定跟空三的物方精度评定有类似之处，通过比对加密点和检查点的精度进行衡量。02在控制点周边比较平坦的区域，精度比对容易进行，在房角、墙线、陡坡等几何特征变化大的地方，模型上的采点误差比较大，精度衡量可靠性降低，可以联合影像作业，得到最终的成果矢量或模型数据再进行比对。几何精度传统手工建模可以自由设计地物的几何形状，而真三维自动化建模，影像重叠度越大的地方地物要素信息越全，三维模型的几何特征就越完整。影像重叠度不够可能出现破面、漏面、漏缝、悬空等情况，影响地物几何信息的完整表达。这种属于原理性问题，无法完全避免，可以按照下面的方法进行评定。在三维模型浏览软件中参照航拍角度固定浏览视角，同时拉伸到与实际分辨率相符的高度去查看模型，看不出明显的变形、拉花即可判定为合格，反之为不合格。纹理精度三维建模完全依靠计算机来自动匹配地物的纹理信息，由于原始影像质量不同，导致匹配结果可能存在色彩不一致、明暗度不一致、纹理不清晰等情况。01要提高纹理精度就必须提高参加匹配的影像质量，剔除存在云雾遮挡覆盖、镜头反光、地物阴影、大面积相似纹理、分辨率变化异常等问题像片，提高匹配计算的准确度。022无人机测绘基础知识Part5无人机遥感作业标准无人机遥感作业标准当前在遥感作业方面，国内现有的相关标准规范主要是由国家标准化管理委员会、国家测绘局和地质调查局等部门颁发的针对遥感作业的标准规范。在高分辨率和低空航空摄影的标准中，部分安全规范和操作规范的条款适用于轻小型无人机遥感作业规范，而低分辨率和高空航空摄影的规范对此基本不适用；而对于相应的应急预案，现有的标准中几乎没有适用的内容，亟待制定全新的标准来进行指导。遥感作业法规与安全须知规范标准对于遥感作业的法规与安全规范，目前的相关规范标准主要有地质矿产部、国家测绘局等部门颁布的《航空遥感摄影技术规程》《中华人民共和国测绘行业标准——测绘作业人员安全规范》《低空数字航空摄影测量外业规范》等规范，其中大部分对于遥感作业安全做出的规范具有普遍性，适用于制定轻小型无人机遥感作业的相关标准。遥感作业法规与安全须知无人机遥感的商用、民用需求和使用频率不断增长，而我国在相关空域管理法规、人员培训和基础设施建设及保障方面与急剧膨胀的无人机遥感市场空域开放需求不相适应，制约了无人机遥感事业的发展。01现有标准中缺乏对于操作无人机进行遥感测绘时应注意的安全事项的规定，如高压电线、较高的建筑物附近或人员密集的城镇区域进行测绘时的安全防护措施等。在制定新标准时，需要参照以上对于测绘安全已有规定的标准，制定出具有针对性的无人机遥感测绘安全规范。02安全须知遥感作业操作规范01目前，对于遥感作业操作规范，相关规范标准主要有地质矿产部、国家标准化管理委员会和国家测绘局等部门颁发的《遥感影像平面图制作规范》《航空遥感摄影技术规程》《数字航摄仪检定规程》《无人机航摄安全作业基本要求》等规范。没有专门针对轻小型无人机遥感作业的操作规范。这些规范中，部分对于航摄的相关操作规范和要求适用于轻小型无人机遥感作业，而针对高分辨率和高空摄影的部分，标准不再适用。02遥感作业应急预案目前，对于遥感作业的应急预案尚无已经颁布实施的标准或法规，与之相关的内容仅有国家测绘局颁布的CH1016-2008《测绘作业人员安全规范》中的小部分条款。2无人机测绘基础知识Part6无人机遥感信息处理的规范与标准无人机遥感信息处理的规范与标准遥感信息处理是对遥感作业获得的信息进行加工处理并得到有效信息的技术，是遥感最关键的环节之一，能否得到真实有效的信息将直接关系到遥感任务是否有效完成。必须要保证遥感信息处理的过程严格按照相应的规范或标准执行。同时，也应制定完备、精确的信息处理规范，来保证实际操作时有章可循。遥感信息处理包括数据预处理与精处理、信息提取与综合和数据管理等几个步骤。12数据预处理与精处理对于遥感作业的数据处理部分，相关标准主要有国家测绘局和国家标准化委员会等部门颁布的《低空数字航空摄影测量内业规范》《遥感影像平面图制作规范》《1：500，1：1000，1：2000地形图航空摄影测量内业规范》等几部法规，其中关于地形图编辑、产品分类和数字产品的技术指标要求等内容仍适用于轻小型无人机遥感作业的数据处理。信息提取与综合在制定新的标准或规范时，可以根据专家的意见增添对该项有针对性的内容。对于遥感信息的提取与综合，现有标准中针对性的内容较少，相关内容在数据管理和数据预处理与精处理两节中均已列出。考虑到遥感信息的保密级问题，对于不同的遥感结果，其处理方式也应有所不同，需根据实际情况遵照对应的标准和规范进行信息处理。在制定标准时需要考虑涉密等安全问题，并做出全面的规范。数据管理对于遥感得出的原始数据和经过处理后得到的蕴含有重要信息的数据，必须根据相关条例加以管理。目前我国关于此项内容的规范尚停留在对于成果进行整理的技术性指导层面，而未深入到如何利用和管理相关的重要数据及其信息。因此，在此方面需要制定具有针对性和指导性的法规或标准。我国现有的相关标准规范主要有国土资源部、地质调查局与地质矿产部颁发的《航空遥感摄影技术规程》《物探化探遥感勘查技术规程规范编写规定》《中国地质调查局地质调查技术标准》《低空数字航空摄影测量内业规范》和《数字航空摄影测量