無人機航測技術(shù)與應(yīng)用課件：無人機航測與無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用

無人機航測與無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用

7.1.1地形圖測繪7.1.2土地調(diào)查7.1.3其他測繪應(yīng)用7.1無人機航測技術(shù)在國土測繪中的應(yīng)用7.1.1地形圖測繪基于無人機傾斜攝影技術(shù)的大比例尺地形圖測圖技術(shù)流程

土地調(diào)查是一項重大的國情國力調(diào)查，是查實查清土地資源的重要手段。我國開展第三次全國土地調(diào)查，目的是全面查清當(dāng)前全國土地利用狀況，掌握真實準確的土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，健全土地調(diào)查、監(jiān)測和統(tǒng)計制度，強化土地資源信息社會化服務(wù)，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和國土資源管理工作需要。7.1.2土地調(diào)查調(diào)查內(nèi)容為：（1）土地利用現(xiàn)狀及變化情況，包括地類、位置、面積、分布等狀況；（2）土地權(quán)屬及變化情況，包括土地的所有權(quán)和使用權(quán)狀況；（3）土地條件，包括土地的自然條件、社會經(jīng)濟條件等狀況。新農(nóng)村建設(shè)測繪主要是以房屋、交通、電力、水系等為主要要素。為了房屋測量數(shù)據(jù)的準確性，在調(diào)查時需實地拉邊長，進行糾正。征地測量測繪是將集體所有的土地化轉(zhuǎn)為國有土地的必要環(huán)節(jié)，是為國家土地調(diào)整、經(jīng)濟建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持的保障。7.1.3其他測繪應(yīng)用7.2.1道路地形圖測繪7.2.2場景三維重建7.2.3道路安全巡線7.2無人機航測技術(shù)在道路勘察中的應(yīng)用7.2.1道路地形圖測繪道路地形圖測繪（1）首先，對測區(qū)地形進行踏勘，并規(guī)劃無人機飛行航線；（2）其次，利用固定翼無人機iFlyU0搭載高分辨率航拍相機SonyRX1RII進行區(qū)域航拍，獲取高分辨率航片及POS數(shù)據(jù)；（3）然后，利用Pix4Dmapper軟件，對航拍數(shù)據(jù)進行空三加密；（4）接著，利用攝影測量工作站，導(dǎo)入空三加密成果，進行立體測圖，得到測區(qū)大比例尺地形圖；（5）最后，結(jié)合高分辨率正射影像和大比例尺地形圖數(shù)據(jù)，為道路規(guī)劃和選線提供依據(jù)。7.2.1道路地形圖測繪

道路，線路狹長，沿線地形多變、復(fù)雜，對道路沿線地形地貌等進行三維重建，可形象、逼真、直觀地掌握道路路堤、圍欄、隧道、高架橋等的空間形態(tài)和現(xiàn)狀，實現(xiàn)道路的智能化管理。利用無人機搭載專業(yè)傾斜相機，可快速獲取三維場景各個角度的紋理信息，覆蓋范圍廣，獲取數(shù)據(jù)分辨率高，三維重建效率高。7.2.2場景三維重建7.2.2場景三維重建利用無人機航測技術(shù)進行道路場景三維重建的步驟：（1）首先，利用無人機iFlyU0搭載專業(yè)傾斜相機，進行多視影像獲取；（2）然后，通過天際航三維建模軟件DP-Smart，進行鐵路沿線三維場景重建；（3）接著，可利用天際航精細建模測圖軟件DP-Modeler，對鐵路沿線標志性建筑進行精細化建模，利用DP-Modeler軟件矢量測圖模塊，提取不同地物類型二維矢量；（4）最后，結(jié)合三維場景數(shù)據(jù)和相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)道路的智能化管理。7.2.2場景三維重建7.2.3道路安全巡線利用固定翼無人機進行道路安全巡線優(yōu)勢：作業(yè)效率更高，覆蓋面積更廣，可節(jié)省大量人工成本；數(shù)據(jù)分辨率高，路面細節(jié)豐富。7.2.3道路安全巡線利用固定翼無人機進行道路安全巡線的步驟：（1）首先，根據(jù)道路沿線地形和長度范圍，規(guī)劃無人機飛行航線；（2）然后，利用固定翼無人機iFlyU0搭載高分辨率航拍相機SonyRX1RII進行區(qū)域航拍，快速獲取高分辨率航片和POS數(shù)據(jù)；（3）最后，利用Pix4Dmapper軟件，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理得到高精度正射影像，實時掌握路面基本狀況。7.2.3道路安全巡線

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路里程不斷快速增長，這使得道路管理工作任務(wù)越來越大，對道路監(jiān)測與管理的要求也越來越高。傳統(tǒng)的人工巡線方式已經(jīng)不足以滿足快速增長道路里程的巡查與管理，利用無人機系統(tǒng)能夠獲取實時道路情況，為道路巡線與管理工作提供有力保障。7.2.3道路安全巡線7.3.1電力線路巡查7.3.2電力勘測設(shè)計7.3.3電力工程選線7.3.4輸電線路規(guī)劃7.3.5電力系統(tǒng)智能化管理7.3無人機航測技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用電力線路及設(shè)備由于長期暴露在大自然之中，不僅承受正常機械載荷和電力負荷的作用，而且還經(jīng)受污穢、雷擊、強風(fēng)和鳥害等外力侵害。多種因素將會促使線路上各元件老化、疲勞、氧化和腐蝕，如不及時發(fā)現(xiàn)和消除，就可能會發(fā)展成為各種故障，對電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定構(gòu)成威脅。7.3.1電力線路巡查傳統(tǒng)巡線還面臨如下問題：（1）巡線線路距離長、工作量大、步行巡線效率緩慢，無法提高巡線效率；（2）遇到冰雪、水災(zāi)、地震、滑坡等自然災(zāi)害天氣時，巡線工作無法開展；（3）山區(qū)巡線具有高風(fēng)險性，時刻威脅巡線人員生命安全；（4）人工巡線，視野有限，盲點區(qū)域多；（5）載人飛機巡線，帶電環(huán)境中飛行作業(yè)，對作業(yè)人員構(gòu)成很大生命威脅。7.3.1電力線路巡查7.3.1電力線路巡查未來無人機航測用于電力勘測設(shè)計的發(fā)展方向（1）續(xù)航時間的增加目前主流無人機航測時間在一小時以內(nèi)，飛行距離受限，對于長線路需要頻繁轉(zhuǎn)場，仍然有可改進的空間，隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，期待著有更強大的動力源可以保障無人機的飛行時間。（2）相機性能的提升目前主流相機已經(jīng)可以滿足無人機航測成圖的需求，但是更好的性能無疑可以提升影像質(zhì)量，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，期待著可以有更高像素、更穩(wěn)定的相機可以用于無人機航測。（3）免像控模式的發(fā)展目前針對無人機航測采用新的空三加密的方法已經(jīng)可以大幅減少像控點數(shù)量，因此未來如何更好地改進硬件性能和軟件算法來實現(xiàn)全面免像控，從而讓工作更輕松也是一個發(fā)展方向。7.3.2電力勘測設(shè)計（4）無人機LiDAR的發(fā)展目前無人機LiDAR已經(jīng)在電力巡檢等方面取得了不錯的進展，但是由于點云數(shù)據(jù)的本身特性，錯誤數(shù)據(jù)的剔除、正確數(shù)據(jù)的處理等方面依然還需要進一步研究完善，提高準確性，從而以后發(fā)展成熟也可以用于更多的方面。（5）其它成像方式的發(fā)展紅外成像、多光譜成像、傾斜成像等發(fā)展。7.3.2電力勘測設(shè)計無人機電力選線的優(yōu)點：（1）無人機可以低空飛行，可在云下飛行航攝，彌補了衛(wèi)星遙感和普通航空攝影經(jīng)常受云層遮擋獲取不到影像的缺陷。（2）由于低空接近目標，因此可得到更高分辨率的影像。（3）使用成本低，耗費低，對操作人員的培養(yǎng)周期短，同時回避了飛行人員人身安全的風(fēng)險。（4）比起野外實測作業(yè)量大的痛楚，無人機航測方法周期短、效率高、成本低，將大量的野外工作轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)。7.3.3電力工程選線無人機航測技術(shù)應(yīng)用于電力選線的應(yīng)用場景：（1）工程規(guī)模較小的新建線路航測據(jù)統(tǒng)計，全國每年有數(shù)千公里的線路較短的工程，由于路徑短小，工程時間緊，難以實施載人航飛。這些工程還是以傳統(tǒng)的工程測量方法進行路徑選擇設(shè)計，成本高，效率低下，同時不能對整體的智能電網(wǎng)建設(shè)提供詳盡且豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而無人機系統(tǒng)可以很好的滿足此類電力選線工程。（2）電力工程路徑局部改線航測電力工程施工定位或建設(shè)中會遇到一些意想不到的情況，導(dǎo)致路徑的調(diào)整而超出了原有航攝范圍，此時再調(diào)用載人大飛機進行航空攝影不僅手續(xù)繁瑣、成本高，而且不能保證工期要求。無人機系統(tǒng)的優(yōu)點，恰恰彌補了傳統(tǒng)攝影測量的不足。7.3.3電力工程選線（3）優(yōu)化選線設(shè)計傳統(tǒng)選線地形圖是二維的，三維信息只能通過等高線和高程注記獲取，產(chǎn)品單一不直觀，在優(yōu)化選線時再利用程度不高。通過無人機獲取影像可得到真實三維場景圖，可從不同視角觀看線路周圍的地物和地貌信息，使設(shè)計人員在室內(nèi)即可高效完成線路優(yōu)化工作。7.3.3電力工程選線無人機具有機動性強，實施快速，圖像分辨率高，成本低等特點，中海達無人機iFlyU0航程長，標配4200萬SonyRX1RII高分辨率航拍相機適合用于大范圍、遠距離的輸電線路數(shù)據(jù)獲取。

在輸電線路走廊規(guī)劃驗收工作中，首先用無人機iFlyU0根據(jù)設(shè)計航線對規(guī)劃區(qū)域進行航拍；然后將高效獲取得到的影像數(shù)據(jù)利用影像處理軟件Pix4Dmapper進行處理拼接成圖；最后分析成果數(shù)據(jù)，考慮相關(guān)因素，更合理地進行線路規(guī)劃。7.3.4輸電線路規(guī)劃7.3.4輸電線路規(guī)劃中海達無人機搭載專業(yè)傾斜模塊，可以根據(jù)航線設(shè)計進行自動飛行，獲取場景多角度影像；利用天際航三維建模軟件DP-modeler根據(jù)獲取的傾斜影像進行三維場景重建；利用三維場景具有真實直觀的特點，為電力系統(tǒng)智能化管理提供技術(shù)支撐。7.3.5電力系統(tǒng)智能化管理無人機航測技術(shù)在礦山測量中的優(yōu)勢：（1）應(yīng)急性能好。（2）作業(yè)周期短，節(jié)約成本。（3）收集數(shù)據(jù)信息十分精準，操作簡單。7.4無人機航測技術(shù)在礦山監(jiān)測中的應(yīng)用采用無人機航測系統(tǒng)，可以快速獲取礦區(qū)高分辨率無人機影像，了解礦山開發(fā)現(xiàn)狀,實現(xiàn)礦區(qū)動態(tài)監(jiān)測,為重大礦山事件提供快速應(yīng)急響應(yīng)能力；可計算高精度、真彩色三維地形數(shù)據(jù)，并可進行方量計算、變化檢測等定量分析。可以在礦山開發(fā)狀況、礦山環(huán)境等多目標遙感調(diào)查與監(jiān)測工作的以下方面發(fā)揮作用。（1）礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況調(diào)查（2）礦產(chǎn)資源開發(fā)引發(fā)的災(zāi)害（3）礦山生態(tài)信息7.4.1快速監(jiān)測礦山目標7.4.2無人機礦山監(jiān)測工作流程7.4.2無人機礦山監(jiān)測工作流程（1）航線規(guī)劃：根據(jù)礦區(qū)位置，明確數(shù)據(jù)要求（分辨率、重疊度），自動生成無人機作業(yè)航線。（2）地面控制：根據(jù)精度要求，設(shè)定地面控制點布設(shè)方案，并完成外業(yè)測量。（3）獲取礦區(qū)數(shù)據(jù)：無人機搭載航測相機根據(jù)設(shè)計航線完成飛行作業(yè)，獲取影像數(shù)據(jù)。（4）無人機影像處理：利用Pix4Dmapper后處理軟件進行正射影像數(shù)據(jù)處理，自動三維建模軟件進行傾斜影像處理。（5）礦山動態(tài)監(jiān)測、定量分析：利用數(shù)據(jù)成果進行礦山動態(tài)監(jiān)測，計算體積、距離等信息進行定量分析。（1）測區(qū)分析露天礦測區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)某地，礦區(qū)環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)人工測繪難度大且效率低下。（2）精度分析此次無人機航攝獲取的影像用于制作1:500數(shù)字正射影像（DOM）供礦方進行測繪勘測，同時需要生成數(shù)字三維模型可以更加形象直觀勘測，無人機航測中獲取的影像地面分辨率（GSD）為4cm。（3）飛行方案設(shè)計測區(qū)面積約1.7平方千米，地形為丘陵地貌，平均海拔約1400米。根據(jù)礦方需求，本次飛行方案設(shè)計地面分辨率4cm。航向重疊率為80%，旁向重疊率為70%。測區(qū)飛行作業(yè)1架次，飛行相對航高平均為280m。7.4.3案例——內(nèi)蒙古自治區(qū)露天礦測繪勘察（4）航攝設(shè)備本次飛行作業(yè)采用中海達iFlyU0無人機搭載4200萬像素SonyRX1RII相機進行航攝影像采集。iFlyU0是一款專業(yè)智能航測無人機系統(tǒng)。采用十多年的飛控研發(fā)技術(shù)，采用二十多年的高精度RTK研發(fā)技術(shù)，成果更精準。采用EPO+碳纖維的復(fù)合材料模塊化設(shè)計，免工具拆裝，輕便易維護。采用專業(yè)定制化地面站軟件，無人機與地面站無縫對接，操作簡單，效率更高。（5）空三解算成圖采用Pix4Dmapper無人機影像處理軟件對無人機影像進行空三解算處理后，經(jīng)過點云加密、正攝糾正，影像鑲嵌等處理，完成點云、三維模型、DSM、DOM數(shù)據(jù)生成。（6）礦山定量分析根據(jù)成果數(shù)據(jù)，對礦山進行定量分析。7.4.3案例——內(nèi)蒙古自治區(qū)露天礦測繪勘察7.5.1無人機遙感技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用7.5.2無人機遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用7.5.3無人機遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)和林業(yè)中的應(yīng)用7.5.4無人機遙感技術(shù)在水文監(jiān)測中的應(yīng)用7.5.5無人機遙感技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用7.5無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用無人機遙感將在以下領(lǐng)域發(fā)揮重要作用：（1）突發(fā)事件及災(zāi)害監(jiān)測（2）高時效性的資源監(jiān)測（3）數(shù)字城市和智慧城市建設(shè)（4）國土資源快速監(jiān)察（5）礦區(qū)沉陷控制（6）小城鎮(zhèn)和新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)（7）石油、公路、水利、鐵路、電力等帶狀地區(qū)選線勘測中的高分辨率影像獲取。（8）困難地區(qū)(雪域高原等高海拔地區(qū))高分辨率影像獲取。7.5無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用中國每年因自然災(zāi)害、事故災(zāi)害和社會安全事件等突發(fā)公共事件造成的人員傷亡逾百萬，經(jīng)濟損失高達數(shù)千億。其中，受自然災(zāi)害的影響尤其嚴重，調(diào)查結(jié)果顯示，我國平均每年會因為自然災(zāi)害而損失將達2000億元。在應(yīng)急服務(wù)保障中，需要及時迅速地獲取突發(fā)事件及災(zāi)害信息，為制訂方案提供依據(jù)。無人機遙感系統(tǒng)具有靈活機動、高效快速、精細準確、安全可靠、省錢節(jié)約的優(yōu)勢，具有快速反應(yīng)能力，為災(zāi)害的治理提供了及時、準確的數(shù)據(jù)。7.5.1無人機遙感技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用無人機在處理應(yīng)急事件過程中的主要作用體現(xiàn)在以下方面：快速獲?。簾o人機的突出貢獻是能夠第一時間快速反應(yīng)，機動性強，無需起降機場，環(huán)境惡劣的地方也可以到達，可以快速獲取高分辨率災(zāi)情調(diào)查數(shù)據(jù)?？焖賯鬏敚簾o人機實時航拍將實時監(jiān)控的高清圖像快速通過高清數(shù)字圖傳系統(tǒng)進行實時回傳到應(yīng)急指揮中心，使相關(guān)部門掌握現(xiàn)場第一手資料?？焖偬幚恚簾o人機快速獲取的高分辨率影像通過后處理軟件高效完成影像處理輸出地理信息成果，為應(yīng)急指揮部門進行快速評估提供有效的數(shù)據(jù)支撐。7.5.1無人機遙感技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用無人機遙感應(yīng)用于以下應(yīng)急救災(zāi)應(yīng)用領(lǐng)域：（1）洪澇災(zāi)害應(yīng)急（2）地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急（3）地震災(zāi)害應(yīng)急（4）火災(zāi)、爆炸現(xiàn)場救援與評估（5）公共安全應(yīng)急（6）鐵路防災(zāi)應(yīng)急（7）環(huán)境應(yīng)急7.5.1無人機遙感技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中的應(yīng)用目前我國正處在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化高速發(fā)展的新時期，隨之帶來的環(huán)境問題也日益凸顯。近年來，霧霾不斷籠罩著我國大部分城市，使得城市居民深受其害，所以對于日益嚴重的環(huán)境問題的監(jiān)測和治理已刻不容緩。環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料的獲取是做好當(dāng)前環(huán)境保護工作的前提，環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料的精確性、可靠性和時效性也迫切需要提高。（1）建設(shè)項目環(huán)境保護管理（2）環(huán)境監(jiān)測（3）生態(tài)保護（4）環(huán)境監(jiān)察（5）案例——無人機遙感應(yīng)用于秸稈禁燒7.5.2無人機遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用農(nóng)業(yè)是我國的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，從信息化發(fā)展趨勢看，信息社會的到來，為農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展提供了前所未有的發(fā)展環(huán)境。人類社會經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命，正在經(jīng)歷信息革命。當(dāng)前，以信息技術(shù)為代表的新一輪科技革命方興未艾，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的信息化浪潮蓬勃興起，為農(nóng)業(yè)發(fā)展營造了強大勢能。黨中央、國務(wù)院高度重視信息化發(fā)展，對實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略、國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動等做出部署，并把農(nóng)業(yè)農(nóng)村擺在突出重要位置，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展提供了強有力的政策保障。7.5.3無人機遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)和林業(yè)中的應(yīng)用作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)，目前的發(fā)展依舊面臨著投入高，成本回收慢的問題。在我國西部地區(qū)，尤其是山區(qū)，農(nóng)業(yè)還作為支柱產(chǎn)業(yè)，因山區(qū)地形限制，生產(chǎn)模式還以人力畜力為主，較為落后，急需轉(zhuǎn)型。東三省一帶的農(nóng)業(yè)較為發(fā)達，一馬平川的東北平原為大型機械在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用帶來了便利，加上地廣人稀的地域特征及黑土地的肥力讓東北平原的農(nóng)業(yè)機械化成為了必然。但農(nóng)作物的生長是一個易受外界因素影響的過程——病蟲害、旱澇災(zāi)、倒伏情況等。這些會影響農(nóng)作物產(chǎn)量的外界不利因素從其產(chǎn)生的根本上來說，是不可避免的，較為有效的辦法只能是早發(fā)現(xiàn)，早解決，使損失最小化。7.5.3無人機遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)和林業(yè)中的應(yīng)用最關(guān)鍵的莫過于“早發(fā)現(xiàn)”，越早發(fā)現(xiàn)問題，就能越早的解決問題，損失也就越小。但在東三省這樣地廣人稀的地區(qū)，一個村的耕地就有好幾千畝，何況面積可達幾個平方公里的大型農(nóng)場。在這些面積極大，道路狀況及其惡劣的耕地中，要發(fā)現(xiàn)某一個區(qū)域所存在的問題，是非常困難的。人力巡查的難度大，效率低，作業(yè)周期長，時間敏感度差，巡查結(jié)果準確度低，人力成本高。針對農(nóng)業(yè)發(fā)展所存在的這些問題，采用以無人機為平臺，多種傳感器為核心，作物生長狀況評價系統(tǒng)為框架的無人機航測遙感解決方案即可以相對較低的成本去解決。7.5.3無人機遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)和林業(yè)中的應(yīng)用我國林業(yè)當(dāng)前面臨的困難有：（1）森林防火面臨的困難隨著森林建設(shè)面積的增大,森林火災(zāi)也成為影響生態(tài)環(huán)境建設(shè)一個重要的因素。森林火災(zāi)的出現(xiàn),嚴重的影響了森林資源的安全。有人直升機危險性高，特別是在火場上空，由于空氣氣流紊亂，漂浮物較多，造成直升機發(fā)動機故障，經(jīng)常發(fā)生墜機事故。（2）毒品種植監(jiān)控面臨的困難非法種植毒品隱蔽性強，確定毒品種植區(qū)域難度大。由于林區(qū)森林植被茂密，可疑地塊極其隱蔽，實現(xiàn)動態(tài)巡查和定點監(jiān)控相結(jié)合十分困難。7.5.3無人機遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)和林業(yè)中的應(yīng)用（3）林業(yè)資源調(diào)查、荒漠化監(jiān)測面臨的困難林業(yè)資源調(diào)查、荒漠化監(jiān)測采用人工采集的方式成本很高，作業(yè)效率極其低下，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測困難。（4）盜砍盜伐面臨的困難森林盜砍盜伐依靠林業(yè)人員巡邏成本巨大，效率低，無法起到有效的區(qū)域巡查的目的。

而使用無人機進行監(jiān)測，則可以克服