《無(wú)人機(jī)測(cè)繪技能訓(xùn)練模塊》課件-模塊7：無(wú)人機(jī)航測(cè)影像獲取

模塊7：無(wú)人機(jī)航測(cè)影像獲取無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)DRONESCONTENTS目錄01航空攝影基礎(chǔ)02無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃03無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集04無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站05無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作無(wú)人機(jī)的定義DRONES航空攝影基礎(chǔ)01航空攝影基礎(chǔ)航空攝影是利用航空攝影機(jī)從飛機(jī)或其他航空器上獲取地面或空中目標(biāo)圖像信息的技術(shù)。航空攝影基礎(chǔ)地質(zhì)、水文、礦產(chǎn)、森林等自然資源勘測(cè)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量估產(chǎn)，大型廠(chǎng)礦和城鎮(zhèn)規(guī)劃，路線(xiàn)勘測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用。航空攝影基礎(chǔ)過(guò)航攝機(jī)鏡頭后節(jié)點(diǎn)垂直于像面的光線(xiàn)稱(chēng)為主光軸。主光軸與像面的交點(diǎn)稱(chēng)為像主點(diǎn)。在航空攝影過(guò)程中，飛機(jī)不可能始終保持平穩(wěn)的飛行狀態(tài)，致使航攝機(jī)的主光軸偏離鉛垂方向，主光軸與鉛垂線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)為像片傾斜角α。（1）按像片傾斜角分類(lèi)航空攝影基礎(chǔ)像片傾斜角α≤3°的航空攝影稱(chēng)為豎直航空攝影或近似垂直航空攝影，所攝取的像片為近似水平像片。航空攝影主要是這種類(lèi)型。（1）按像片傾斜角分類(lèi)航空攝影基礎(chǔ)像片傾斜角α＞3°的航空攝影稱(chēng)為傾斜航空攝影，傾斜攝影技術(shù)獲取的三維數(shù)據(jù)可真實(shí)反映地物的外觀、位置、高度等屬性。（1）按像片傾斜角分類(lèi)航空攝影基礎(chǔ)為拍攝單獨(dú)固定目標(biāo)而進(jìn)行的攝影稱(chēng)為單片攝影，一般只攝取一張（或一對(duì)）像片。單片攝影航線(xiàn)航空攝影區(qū)域航空攝影線(xiàn)狀地帶航空攝影相鄰像片有重疊，主要用于公路、鐵路和輸電線(xiàn)路的定線(xiàn)及江河流域的規(guī)劃等。面積航空攝影在規(guī)定高度上，在被攝區(qū)域內(nèi)規(guī)劃多條航線(xiàn)，逐條攝影，像片在航向和旁向兩個(gè)方向都有一定重疊部分。地形圖測(cè)繪主要采用區(qū)域航空攝影。（2）航空攝影方式分類(lèi)航空攝影基礎(chǔ)航空攝影獲取的航攝像片是航空攝影測(cè)量成圖的原始依據(jù)。質(zhì)量關(guān)系到后期作業(yè)的難易和量測(cè)的精度。因此對(duì)航空像片質(zhì)量及航空攝影的飛行質(zhì)量均有嚴(yán)格要求。航空攝影基礎(chǔ)在攝影瞬間攝影機(jī)軸發(fā)生了傾斜，攝影機(jī)軸與鉛直方向的夾角稱(chēng)為像片傾角。像片傾斜角一般不超過(guò)12°，最大不超過(guò)15°。（1）像片傾角航空攝影基礎(chǔ)視攝影像片水平、地面取平均高程時(shí)，像片上的線(xiàn)段l與地面上相應(yīng)的水平距L之比為攝影比例尺，公式如下：1/m=l/L=f/H（2）攝影比例尺與航高航空攝影基礎(chǔ)1/m=l/L=f/HH為相對(duì)于測(cè)區(qū)平均水平面的高度，稱(chēng)為相對(duì)航高。f為物鏡中心至像面的垂距，稱(chēng)為航攝機(jī)主距。（2）攝影比例尺與航高航空攝影基礎(chǔ)用于地形測(cè)量的航攝像片，必須使影像覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，而且能夠進(jìn)行立體測(cè)圖，相鄰像片應(yīng)該具有一定的重疊。同一條航線(xiàn)內(nèi)相鄰像片之間的重疊稱(chēng)為航向重疊，相鄰航線(xiàn)之間的重疊稱(chēng)為旁向重疊。重疊大小用像片的重疊部分與像片對(duì)應(yīng)方向邊長(zhǎng)比值的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，即重疊度。（3）像片重疊度航空攝影基礎(chǔ)航向重疊度一般規(guī)定為60%，最小為53%，最大為75%。旁向重疊度一般規(guī)定為30%，最小為15%，最大為50%。重疊度小于最小限定值時(shí)，稱(chēng)為航攝漏洞，必須補(bǔ)拍。重疊度過(guò)大時(shí)，將影響作業(yè)效率和提高作業(yè)成本。（3）像片重疊度航空攝影基礎(chǔ)把一條航線(xiàn)的航攝像片根據(jù)地物影像疊拼起來(lái)，連接首尾像片主點(diǎn)成一條直線(xiàn)，同時(shí)量出其距離L。航線(xiàn)中各張像片的像主點(diǎn)若不落在該直線(xiàn)上，航線(xiàn)則呈曲線(xiàn)狀，稱(chēng)之為航線(xiàn)彎曲。（4）航線(xiàn)彎曲度航空攝影基礎(chǔ)用其中偏離航線(xiàn)最大的主點(diǎn)距離δ（稱(chēng)最大彎曲矢量）與航線(xiàn)L之百分比表示，稱(chēng)為航線(xiàn)彎曲度。航線(xiàn)彎曲度通常不得大于3%。（4）航線(xiàn)彎曲度航線(xiàn)彎曲度=

δ/L?100%航空攝影基礎(chǔ)本航線(xiàn)中相鄰像片主點(diǎn)的連線(xiàn)與同方向像片邊框方向的夾角稱(chēng)為像片旋偏角。像片旋偏角一般不得大于6°，個(gè)別允許達(dá)到10°。（5）像片旋偏角DRONES無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃02無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃是依據(jù)地形和執(zhí)行任務(wù)環(huán)境，結(jié)合無(wú)人機(jī)的性能、到達(dá)時(shí)間、耗能、威脅、飛行區(qū)域等約束條件，規(guī)劃出一條或多條自出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)最優(yōu)或次優(yōu)航跡。無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃根據(jù)既定任務(wù)，結(jié)合環(huán)境限制與飛行約束條件，整體上制定最優(yōu)參考路徑。飛行前預(yù)規(guī)劃無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃根據(jù)飛行過(guò)程中遇到的突發(fā)狀況，如地形、氣象變化、未知因素等，局部動(dòng)態(tài)調(diào)整飛行路徑或改變動(dòng)作任務(wù)。飛行過(guò)程中的重規(guī)劃無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃執(zhí)行任務(wù)時(shí)，遇到如禁飛區(qū)、障礙物、險(xiǎn)惡地形等復(fù)雜地理環(huán)境，飛行過(guò)程中，應(yīng)避開(kāi)這些區(qū)域，將這些區(qū)域在地圖上標(biāo)志為禁飛區(qū)域，提升無(wú)人機(jī)的工作效率。避開(kāi)大風(fēng)、雨雪等復(fù)雜氣象條件下的飛行任務(wù)，并采取應(yīng)對(duì)機(jī)制。1、飛行環(huán)境限制無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃①最小轉(zhuǎn)彎半徑：無(wú)人機(jī)飛行轉(zhuǎn)彎形成的弧度受到自身飛行性能限制，限制無(wú)人機(jī)在特定的轉(zhuǎn)彎半徑內(nèi)轉(zhuǎn)彎。②最大俯仰角：限制航跡在垂直平面內(nèi)上升和下滑的最大角度。2、無(wú)人機(jī)物理限制無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃③最小航跡段長(zhǎng)度：限制無(wú)人機(jī)在改變飛行姿態(tài)前必須直飛的最短距離。④最低安全飛行高度：限制通過(guò)任務(wù)區(qū)域最低飛行高度。2、無(wú)人機(jī)物理限制無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃3、飛行任務(wù)要求①航跡距離約束，限制航跡長(zhǎng)度不大于預(yù)先設(shè)定的最大距離。②固定的目標(biāo)進(jìn)入方向，確保無(wú)人機(jī)從特定角度接近目標(biāo)。到達(dá)時(shí)間目標(biāo)進(jìn)入方向需滿(mǎn)足如下要求：無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃4、實(shí)時(shí)性要求一方面，當(dāng)預(yù)先具備完整精確的環(huán)境信息時(shí)，可一次性規(guī)劃自起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)航跡，而實(shí)際情況是難以保證獲得的環(huán)境信息不發(fā)生變化。無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃4、實(shí)時(shí)性要求另一方面，由于任務(wù)的不確定性，無(wú)人機(jī)常常需要臨時(shí)改變飛行任務(wù)。在環(huán)境變化區(qū)域不大的情況下，可通過(guò)局部更新的方法進(jìn)行航跡的在線(xiàn)重規(guī)劃，而當(dāng)環(huán)境變化區(qū)域較大時(shí)，無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃則必須具備在線(xiàn)重規(guī)劃功能。無(wú)人機(jī)航線(xiàn)規(guī)劃DRONES無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集03一、無(wú)人機(jī)智能飛行大疆創(chuàng)新DJIGO軟件智行無(wú)人機(jī)飛控軟件無(wú)人機(jī)飛控軟件RTechGo軟件無(wú)人機(jī)飛控軟件Pix4Dcapture軟件無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集智行飛控軟件為例，分步驟說(shuō)明無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集。無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集打開(kāi)飛行器，等待飛行器完成校準(zhǔn)準(zhǔn)備工作。打開(kāi)遙控器，點(diǎn)擊遙控器上的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)遙控。打開(kāi)“智行”APP，將裝有智行的手機(jī)通過(guò)USB連接線(xiàn)連接到遙控器上，在手機(jī)端彈出的選項(xiàng)框里點(diǎn)擊智行，點(diǎn)擊僅此一次，（如果先彈出是否允許訪(fǎng)問(wèn)設(shè)備數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“是，訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)”）。（1）設(shè)備連接無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集（1）設(shè)備連接點(diǎn)擊按鈕開(kāi)功能箱，點(diǎn)擊區(qū)域航測(cè)，選擇矩形航測(cè)，軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前位置初始化矩形飛行區(qū)域，自動(dòng)出現(xiàn)綠色范圍框及航線(xiàn)，右側(cè)會(huì)彈出無(wú)人機(jī)航空測(cè)繪飛行設(shè)置界面，默認(rèn)為正射模式。無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集影像參數(shù)、模型參數(shù)、相機(jī)參數(shù)等。航高：飛機(jī)相對(duì)起飛點(diǎn)的航飛高度，對(duì)應(yīng)航飛高度和相應(yīng)相機(jī)參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示地面分辨率。旁向重疊：旁向重疊部分的長(zhǎng)度與像片長(zhǎng)度之比，稱(chēng)為“旁向重疊度”，以百分?jǐn)?shù)表示。傳統(tǒng)航測(cè)為35%左右，無(wú)人機(jī)航測(cè)一般設(shè)置為60%-85%。默認(rèn)70%即可。（2）參數(shù)設(shè)置無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集航向重疊：是航空攝影中，沿同一航線(xiàn)的相鄰像片上有同一地面影像部分。沿航向重疊部分與像片長(zhǎng)度之比，稱(chēng)為“航向重疊度”，以百分?jǐn)?shù)表示。無(wú)人機(jī)航測(cè)一般設(shè)置為70-85%，默認(rèn)80%即可。（2）參數(shù)設(shè)置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境需要規(guī)劃航飛任務(wù)范圍。（3）航線(xiàn)規(guī)劃設(shè)置航線(xiàn)航高、旁向重疊度、航向重疊度，最大飛行速度進(jìn)行設(shè)置。點(diǎn)擊【提交】按鈕。彈出飛行前安全檢查界面。無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集飛行安全檢查主要涉及飛行作業(yè)時(shí)所要考慮的常規(guī)因素。如果這些需要檢查的因素沒(méi)有全部是正常狀態(tài)符號(hào)，需要仔細(xì)檢查對(duì)應(yīng)項(xiàng)是否出現(xiàn)問(wèn)題并認(rèn)真調(diào)試。（4）飛行狀態(tài)調(diào)試完成后再次點(diǎn)擊【提交】按鈕。彈出飛行前安全檢查界面，飛行前安全檢查界面全部通過(guò)后，點(diǎn)擊自動(dòng)執(zhí)行按鈕，無(wú)人機(jī)開(kāi)始自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)。無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集無(wú)人機(jī)會(huì)在起飛點(diǎn)上空垂直升空，飛行高度達(dá)到航點(diǎn)1航高的2/3處時(shí)，飛行器自動(dòng)調(diào)整云臺(tái)方向?yàn)轭A(yù)設(shè)的云臺(tái)角度，到達(dá)航點(diǎn)1后，按照預(yù)設(shè)航線(xiàn)和曝光點(diǎn)位置進(jìn)行自動(dòng)飛行和執(zhí)行任務(wù)。（4）飛行狀態(tài)無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集（5）自動(dòng)返航無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集任務(wù)完成，自動(dòng)返航。無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集航空攝影成果質(zhì)量檢查無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)采集影像質(zhì)量飛行質(zhì)量數(shù)據(jù)質(zhì)量附件質(zhì)量影像重疊度像片傾角與旋偏角航高保持航線(xiàn)彎曲航攝漏洞攝區(qū)覆蓋影像最大位移清晰度曝光數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)組織的正確性資料的完整性檢查資料的正確性檢查DRONES無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站04無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)是整個(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的指揮控制中心,而地面站軟件是地面站系統(tǒng)的重要組成部分。一套功能完善的無(wú)人機(jī)地面站軟件，能夠很好地輔助地面操作人員對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行狀況監(jiān)視和實(shí)時(shí)控制。無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站Pix4Dcapture是瑞士Pix4D公司基于深圳大疆、法國(guó)Parrot消費(fèi)級(jí)飛行器研發(fā)的一款航測(cè)數(shù)據(jù)智能采集軟件。軟件分為4個(gè)模塊：Grid（正射影像采集）、DoubleGrid（三維模型采集）、Circular（熱點(diǎn)環(huán)繞）、FreeFlight（自由飛行）。

（1）Pix4Dcapture無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站通過(guò)Pix4D公司的云處理服務(wù)或桌面級(jí)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件Pix4Dmapper。不僅可以制作正射影像圖、實(shí)景三維模型、還可以構(gòu)建較為精細(xì)的單建筑實(shí)景三維模型和建筑立面影像，使消費(fèi)級(jí)飛行器搖身一變，成為強(qiáng)大的地圖測(cè)繪工具。（1）Pix4Dcapture無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站北京達(dá)北科技有限公司基于安卓移動(dòng)操作系統(tǒng)GIS平臺(tái)，采用大疆最新SDK，針對(duì)自動(dòng)化飛行全面、全新設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)智能作業(yè)系統(tǒng)，涵蓋沿點(diǎn)、線(xiàn)、面等多項(xiàng)全面解決方案，軟件支持大疆最新所有無(wú)人機(jī)型號(hào)，首次提出同點(diǎn)起飛的精細(xì)化巡檢方案。智行無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站軟件結(jié)合底圖GIS平臺(tái)，無(wú)任何其他平臺(tái)的依賴(lài)性，

拓展開(kāi)發(fā)能力強(qiáng)，支持國(guó)內(nèi)外常用坐標(biāo)系，支持7參數(shù)轉(zhuǎn)換，可動(dòng)態(tài)加載服務(wù)器發(fā)布數(shù)據(jù)。智行無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站軟件支持導(dǎo)入TXT、Excel、KML、SHP等常用格式，

也支持拓展與服務(wù)器交互，實(shí)現(xiàn)各組人員登陸后的動(dòng)態(tài)更新，免數(shù)據(jù)導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)最便利化的智能應(yīng)用。區(qū)域航測(cè)帶狀航測(cè)全景采集通道路徑巡檢精細(xì)化巡檢路徑采集和系統(tǒng)設(shè)置無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站Altizure是集航線(xiàn)規(guī)劃、照片采集和三維瀏覽為一體的移動(dòng)端平臺(tái)。主要用于正射、傾斜攝影等用途較多，可以用于控制DJI（大疆創(chuàng)新）各系列無(wú)人機(jī)，可快速規(guī)劃航線(xiàn)，拍攝正射和傾斜照片。（3）Altizure無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站一款可控制DJI飛行器實(shí)現(xiàn)自主航線(xiàn)規(guī)劃及飛行的iPad應(yīng)用程序。擁有直觀簡(jiǎn)易的交互設(shè)計(jì)，只需輕點(diǎn)屏幕，就能輕松規(guī)劃復(fù)雜航線(xiàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)航點(diǎn)飛行拍照，測(cè)繪拍照等操作，全新虛擬護(hù)欄功能還可幫助飛行器在指定區(qū)域內(nèi)飛行，保障飛行安全。（4）DJIGSPRO無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站常用地面站軟件對(duì)比無(wú)人機(jī)航測(cè)移動(dòng)地面站常用地面站軟件對(duì)比DRONES無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作05無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作一、無(wú)人機(jī)影像快拼圖應(yīng)用無(wú)人機(jī)影像快拼即利用無(wú)人機(jī)原始航空攝影影像與對(duì)應(yīng)的POS數(shù)據(jù)，無(wú)需地面控制點(diǎn)，通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)多張影像進(jìn)行快速拼接處理，得到一幅測(cè)區(qū)整體影像圖。快拼影像成果可用于不同行業(yè)需要無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作災(zāi)區(qū)現(xiàn)勢(shì)受災(zāi)狀況評(píng)估生態(tài)環(huán)境狀況分析垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)像片控制測(cè)量布設(shè)方案制定（1）原始影像整理

將外業(yè)飛行獲取的影像拷貝至電腦影像存放文件夾，打開(kāi)影像進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽預(yù)處理，刪除起飛前及降落后鏡頭未垂直向下的影像，新建影像文件夾(如：Images)，將所有合格的影像放置于新建文件夾內(nèi)。二、無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作流程無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作（2）數(shù)據(jù)導(dǎo)入

無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作打開(kāi)執(zhí)行程序。單擊菜單欄中的【文件】。選擇【新建】。（2）數(shù)據(jù)導(dǎo)入

無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作彈出新建工程窗口。單擊工程路徑后的【瀏覽】。（2）數(shù)據(jù)導(dǎo)入

無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作彈出瀏覽文件夾界面。選擇盤(pán)符（例如：E盤(pán)）。單擊【新建文件夾】。按要求命名文件。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊【確定】。（3）快拼圖的制作

無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作將新建工程界面右下角航高改為實(shí)際航飛高度，勾選【僅作快拼】、【去除轉(zhuǎn)彎片】、【運(yùn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)】，點(diǎn)擊OK開(kāi)始處理至完成。（3）快拼圖的制作

無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作彈出軟件主界面，鼠標(biāo)左鍵單擊菜單欄中的【常用工具】，選擇【影像顯示】。（3）快拼圖的制作

無(wú)人機(jī)影像快拼圖制作系統(tǒng)彈出DPViewer界面。鼠標(biāo)左鍵單擊【文件】，選擇【打開(kāi)】，在彈出的頁(yè)面。（3）快