《無人機(jī)測繪技術(shù)》項(xiàng)目1任務(wù)3無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識

《無人機(jī)測繪技術(shù)》項(xiàng)目一無人機(jī)測繪技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)3無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識無人機(jī)測繪是綜合集成無人機(jī)飛行器、遙感傳感器遙測遙控、通信、導(dǎo)航定位和圖像處理等多學(xué)科技術(shù)，通過實(shí)時獲取目標(biāo)區(qū)域的地理空間信息，快速完成遙感數(shù)據(jù)外理測量成圖、環(huán)境建模及分析的理論和技術(shù)。本任務(wù)我們將對無人機(jī)測繪的基礎(chǔ)知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，為后續(xù)無人機(jī)測繪實(shí)踐學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。任務(wù)引入培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、安全防范意識；培養(yǎng)精益求精工匠精神；弘揚(yáng)勇于創(chuàng)新的勞模精神。思政要點(diǎn)03能夠列舉幾種無人機(jī)測繪任務(wù)的軟硬件設(shè)備；能夠說出幾種三維模型的精度評定標(biāo)準(zhǔn)。技能要點(diǎn)02掌握無人機(jī)攝影測量制圖技術(shù)的相關(guān)理論知識；了解無人機(jī)航測和遙感作業(yè)，遙感信息處理等規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。知識要點(diǎn)01學(xué)習(xí)目標(biāo)無人機(jī)測繪常見的硬件設(shè)備和軟件設(shè)備；無人機(jī)航測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。無人機(jī)攝影測量制圖技術(shù)。重點(diǎn)難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)04無人機(jī)航測實(shí)景三維模型精度評定03無人機(jī)攝影測量制圖技術(shù)02無人機(jī)測繪任務(wù)設(shè)備01無人機(jī)航攝基本知識目錄CONTENTS06無人機(jī)遙感信息處理的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)05無人機(jī)遙感作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part1無人機(jī)航攝基本知識無人機(jī)航攝定義無人機(jī)航空攝影是以無人駕駛航空器作為空中平臺，搭載數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀，激光掃描儀、磁測儀等獲取信息，用計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)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(shè)計(jì)和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點(diǎn)，是集成了高空拍攝、遙測技術(shù)、影像、微波傳輸和計(jì)算機(jī)影像信息處理等的新型應(yīng)用技術(shù)。無人機(jī)航攝特點(diǎn)無人機(jī)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(diǎn)。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(jī)航攝操作方便，易于轉(zhuǎn)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(jīng)濟(jì)性能突出。小型輕便、低噪節(jié)能、高效機(jī)動、影像清晰、輕型化、小型化、智能化更是無人機(jī)航攝的突出特點(diǎn)。無人機(jī)航攝應(yīng)用場景國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)海洋環(huán)境監(jiān)測城市規(guī)劃與市政管理礦產(chǎn)資源勘探土地利用調(diào)查公共安全

無人機(jī)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(xué)習(xí)及應(yīng)用能力，提升飛行安全及功能性。c.5G帶來的實(shí)時實(shí)景視頻及控制，讓更多應(yīng)用成為可能。d.結(jié)合人工智能技術(shù)，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(jī)因使用方便且價格低廉，在農(nóng)林植保、影視航拍、電力巡檢、航空攝影測量等諸多領(lǐng)域都有著重要的影響力。b.國內(nèi)民用無人機(jī)政策的規(guī)范和低空空域改革的深化，我國民用無人機(jī)行業(yè)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,預(yù)計(jì)未來10年,市場總規(guī)模將超過300億元。2無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part2無人機(jī)測繪任務(wù)設(shè)備硬件設(shè)備Mavic3E/3T飛行器機(jī)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(jīng)緯M300RTK無人機(jī)是大疆2020年發(fā)布的旗艦無人機(jī)，配備雙RTK模塊，搭配測繪相機(jī)后，可以實(shí)現(xiàn)高精度中低空測繪建模，是大疆測繪無人機(jī)的主力機(jī)型。02測繪無人機(jī)硬件設(shè)備禪思P1全畫幅相機(jī)是一款高性能、多用途的航測負(fù)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(jīng)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(dá)負(fù)載。一體化集成Livox、高精度慣導(dǎo)、1英寸測繪相機(jī)和三軸云臺等模塊，搭配經(jīng)緯M300RTK和大疆智圖，形成一體化解決方案，輕松實(shí)現(xiàn)全天候、高效率實(shí)時三維數(shù)據(jù)獲取以及復(fù)雜場景下的高精度后處理重建。02測繪云臺相機(jī)軟件設(shè)備無人機(jī)搭載云臺（相機(jī)）采集到的影像通常需要數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)通過空中三角測量及建模軟件進(jìn)行實(shí)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(shù)據(jù)處理軟件有ContextCapture、Pix4Dmapper、清華山維EPS等，其中Pix4Dmapper多用于進(jìn)行正射模型處理，ContextCapture多用于進(jìn)行三維模型處理。②數(shù)據(jù)處理軟件無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃軟件具有飛行監(jiān)控及無人機(jī)控制、地圖導(dǎo)航及航線規(guī)劃、任務(wù)回放、任務(wù)設(shè)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(jī)安全的前提下，最大限度發(fā)揮無人機(jī)的作用，完成飛行任務(wù)。常見的無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃軟件有DJIPilot2和UAVSGCS等。①任務(wù)規(guī)劃軟件2無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part3無人機(jī)攝影測量制圖技術(shù)無人機(jī)攝影測量制圖技術(shù)要將無人機(jī)采集地理信息繪制成圖，主要包括內(nèi)業(yè)加密、內(nèi)業(yè)立體測圖、圖幅接邊、外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測、內(nèi)業(yè)編輯、圖幅檢查與接邊等步驟。無人機(jī)攝影獲取的地理信息數(shù)據(jù)可以用于三維實(shí)景建模，實(shí)現(xiàn)土方測量、農(nóng)林勘查、三維可視化應(yīng)用等，整個過程通常由專業(yè)的航測建模公司完成。內(nèi)業(yè)加密加密是指利用影像數(shù)據(jù)、航攝儀資料、外業(yè)像控點(diǎn)信息表、像控點(diǎn)成果和刺點(diǎn)聯(lián)測網(wǎng)圖等進(jìn)行空中三角測量。在進(jìn)行空中三角測量前，要做好充分的準(zhǔn)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(diǎn)的布設(shè)情況為依據(jù)劃分加密區(qū)域網(wǎng)，每個區(qū)域網(wǎng)內(nèi)的航線數(shù)量是根據(jù)精度要求、使用的軟件平差能力確定的。加入控制點(diǎn)文件進(jìn)行約束平差，控制點(diǎn)量測需要人工觀測，區(qū)域網(wǎng)加密完成后必須進(jìn)行接邊。區(qū)域網(wǎng)間公共點(diǎn)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(shù)作為使用值。內(nèi)業(yè)立體測圖通過全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站進(jìn)行內(nèi)業(yè)測圖工作，初步編輯處理完成之后，生成待編數(shù)據(jù)文件和野外調(diào)繪圖。內(nèi)業(yè)立體采集以位置為主，同時用相應(yīng)的符號標(biāo)記立體下識別的地物，在內(nèi)業(yè)能夠判定其性質(zhì)的情況下對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸悾瑢o法判定性質(zhì)的情況根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)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(biāo)記，再由外業(yè)人員進(jìn)行補(bǔ)測。內(nèi)業(yè)測圖完成后，生成線劃圖并進(jìn)行粗編，從而滿足外業(yè)調(diào)繪需要。圖幅接邊數(shù)據(jù)采集完成后，導(dǎo)出測圖數(shù)據(jù)文件，然后利用CAD等軟件進(jìn)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(diào)繪紙圖，為外業(yè)提供工作底圖，進(jìn)行全要素調(diào)繪。外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測01外業(yè)調(diào)繪的內(nèi)容在圖上表示時要求必須清晰可見，同時各種標(biāo)記要準(zhǔn)確無誤、位置合適、書寫工整。補(bǔ)測時，可以采用以明顯地點(diǎn)為起始點(diǎn)的交會法或截距法。成片用全站儀或GPSRTK進(jìn)行補(bǔ)測，外業(yè)補(bǔ)測地物精度也要符合設(shè)計(jì)中的規(guī)定，滿足相應(yīng)的精度要求。02內(nèi)業(yè)編輯01數(shù)據(jù)編輯處理是在野外調(diào)繪和補(bǔ)測后，檢查合格的調(diào)繪圖紙對原先采集的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、處理，并加注各類注記要素，進(jìn)行圖面整飾，得到滿足圖式規(guī)范要求的成果文件。02內(nèi)業(yè)編輯是以外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)為根據(jù)對立體量測數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)、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(jìn)行兩級檢查一級驗(yàn)收，檢查后要對圖幅之間進(jìn)行接邊，確保圖與圖之間編輯具有一致性。2無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part4無人機(jī)航測實(shí)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(shí)、細(xì)致、具體的特點(diǎn)，通常稱為真三維模型?？梢詫⑦@種實(shí)景三維模型當(dāng)作一種新的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來進(jìn)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(jī)傾斜攝影測量技術(shù)能夠提供三維點(diǎn)云、三維模型、真正射影像（TDOM）、數(shù)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(diǎn)和檢查點(diǎn)的精度進(jìn)行衡量。02在控制點(diǎn)周邊比較平坦的區(qū)域，精度比對容易進(jìn)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(diǎn)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(shù)據(jù)再進(jìn)行比對。幾何精度傳統(tǒng)手工建?？梢宰杂稍O(shè)計(jì)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(xiàn)破面、漏面、漏縫、懸空等情況，影響地物幾何信息的完整表達(dá)。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(jìn)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(shí)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(jì)算機(jī)來自動匹配地物的紋理信息，由于原始影像質(zhì)量不同，導(dǎo)致匹配結(jié)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(zhì)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(jì)算的準(zhǔn)確度。022無人機(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part5無人機(jī)遙感作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無人機(jī)遙感作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前在遙感作業(yè)方面，國內(nèi)現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要是由國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、國家測繪局和地質(zhì)調(diào)查局等部門頒發(fā)的針對遙感作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在高分辨率和低空航空攝影的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中幾乎沒有適用的內(nèi)容，亟待制定全新的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行指導(dǎo)。遙感作業(yè)法規(guī)與安全須知規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對于遙感作業(yè)的法規(guī)與安全規(guī)范，目前的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要有地質(zhì)礦產(chǎn)部、國家測繪局等部門頒布的《航空遙感攝影技術(shù)規(guī)程》《中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——測繪作業(yè)人員安全規(guī)范》《低空數(shù)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(jī)遙感作業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。遙感作業(yè)法規(guī)與安全須知無人機(jī)遙感的商用、民用需求和使用頻率不斷增長，而我國在相關(guān)空域管理法規(guī)、人員培訓(xùn)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及保障方面與急劇膨脹的無人機(jī)遙感市場空域開放需求不相適應(yīng)，制約了無人機(jī)遙感事業(yè)的發(fā)展。01現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中缺乏對于操作無人機(jī)進(jìn)行遙感測繪時應(yīng)注意的安全事項(xiàng)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(jìn)行測繪時的安全防護(hù)措施等。在制定新標(biāo)準(zhǔn)時，需要參照以上對于測繪安全已有規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，制定出具有針對性的無人機(jī)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(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要有地質(zhì)礦產(chǎn)部、國家標(biāo)準(zhǔn)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(shù)規(guī)程》《數(shù)字航攝儀檢定規(guī)程》《無人機(jī)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(jī)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(guān)操作規(guī)范和要求適用于輕小型無人機(jī)遙感作業(yè)，而針對高分辨率和高空攝影的部分，標(biāo)準(zhǔn)不再適用。02遙感作業(yè)應(yīng)急預(yù)案目前，對于遙感作業(yè)的應(yīng)急預(yù)案尚無已經(jīng)頒布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)，與之相關(guān)的內(nèi)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(jī)測繪基礎(chǔ)知識Part6無人機(jī)遙感信息處理的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)無人機(jī)遙感信息處理的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)遙感信息處理是對遙感作業(yè)獲得的信息進(jìn)行加工處理并得到有效信息的技術(shù)，是遙感最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，能否得到真實(shí)有效的信息將直接關(guān)系到遙感任務(wù)是否有效完成。必須要保證遙感信息處理的過程嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。同時，也應(yīng)制定完備、精確的信息處理規(guī)范，來保證實(shí)際操作時有章可循。遙感信息處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理與精處理、信息提取與綜合和數(shù)據(jù)管理等幾個步驟。12數(shù)據(jù)預(yù)處理與精處理對于遙感作業(yè)的數(shù)據(jù)處理部分，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有國家測繪局和國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會等部門頒布的《低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)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(nèi)業(yè)規(guī)范》等幾部法規(guī)，其中關(guān)于地形圖編輯、產(chǎn)品分類和數(shù)字產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)要求等內(nèi)容仍適用于輕小型無人機(jī)遙感作業(yè)的數(shù)據(jù)處理。信息提取與綜合在制定新的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范時，可以根據(jù)專家的意見增添對該項(xiàng)有針對性的內(nèi)容。對于遙感信息的提取與綜合，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中針對性的內(nèi)容較少，相關(guān)內(nèi)容在數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)預(yù)處理與精處理兩節(jié)中均已列出。考慮到遙感信息的保密級問題，對于不同的遙感結(jié)果，其處理方式也應(yīng)有所不同，需根據(jù)實(shí)際情況遵照對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行信息處理。在制定標(biāo)準(zhǔn)時需要考慮涉密等安全問題，并做出全面的規(guī)范。數(shù)據(jù)管理對于遙感得出的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過處理后得到的蘊(yùn)含有重要信息的數(shù)據(jù)，必須根據(jù)相關(guān)條例加以管理。目前我國關(guān)于此項(xiàng)內(nèi)容的規(guī)范尚停留在對于成果進(jìn)行整理的技術(shù)性指導(dǎo)層面，而未深入到如何利用和管理相關(guān)的重要數(shù)據(jù)及其信息。因此，在此方面需要制定具有針對性和指導(dǎo)性的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有國土資源部、地質(zhì)調(diào)查局與地質(zhì)礦產(chǎn)部頒發(fā)的《航空遙感攝影技術(shù)規(guī)程》《物探化探遙感勘查技術(shù)規(guī)程規(guī)范編寫規(guī)定》《中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》和《數(shù)字航空攝影測量