无人机摄影测量在1：2000地形图的应用

第30卷 第3期 201 1年09月 吉 林 地 质 JILIN GEOL0GY V_o1．30 NO．3 Sept．2011 文章编号：1001--2427(2011)03—133—4 无人机摄影测量在1：2 000地形图的应用 史占军，于志忠，郭志强 吉林省地矿测绘院，吉林长春 130062 摘 要：无人机摄影测量具有快速获取信息、地面分辨率高的优势，本文介绍了无人机系统及工作流程，并介绍 了无^机摄影测量在1：2 000地形图中的测试应用，得出该系统在1：2 000地形图测绘中可行性结论。 关键词：无人机 ；相机检定；摄影测量；地形图 中图分类号 ：P236 文献标识码：B 当前，我国各领域信息化建设飞速发展，数字 化建设进程明显加快，建立定期更新的地理数据 库，动态监测土地利用变化隋况，以及衍生各类最 新时相的专题图都是需要迫切解决的问题。航空摄 影测量技术作为空间信息技术体系的两大分支之 一 ， 得到了各国的重视，我国在该领域也取得了一 系列重大的进展，研制出许多航空摄影测量设备。 航空摄影测量是快速获取地理信息的重要技术手 段，但由于传统航空摄影技术对机场和天气条件的 依赖性较大，成本较高，航摄周期较长，限制了数 字摄影测量技术在大比例尺地形测绘中应用。 近年来，无人机 (Unmanned Aerial Vehicles， 简称UAV)技术得到了长足的发展，基于无人机 平台的航空摄影技术已显示出独特的优势。无人机 结构简单、使用成本低，无人机既能完成有人驾驶 飞机执行的任务，更适用于有人飞机不易执行的任 务，如危险区域的侦察和遥感监测的任务等等。无 人机航拍影像具有高清晰、大比例尺、小面积、高 现势性的优点。且无人驾驶飞机为航拍摄影提供了 操作方便，易于转场的遥感平台。 1 无人机系统介绍 无人机是通过无线电遥控设备或机载计算机程 控系统进行操控的不载人飞行器。无人机航空摄影 是以无人驾驶飞机作为空中平台，以高分辨率数字 遥感设备为机载传感器 (如高分辨率CCD数码相 机、轻型光学相机等)、以获取低空高分辨率遥感 数据为应用目标，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图像。具有快速、实时 对地观测、调查监测能力，可以广泛地用于土地利 用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾害勘查、 海洋资源与环境监测、地形图测绘与更新、林业草 场监测以及农业、水利、电力、交通、公安、军事 等领域。无人机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、遥控、遥测技术、 视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应 用技术。 无人机操作自动化、智能化程度高，操作简单， 便于掌握和培训。 本次试验所用的无人机航飞系统型号为 “测 量者一1”，机长2．3 m，翼展2．5 ITI，飞机净重 1O ， 最大载荷 6 kg，飞行速度 80 130 km／h， 续航时间2 h。该无人机搭载了一款佳能EOS 5D Mark II全画幅单反数码相机，CCD大小36 x 24 mln，分辨率为 5 616×3 744像素，每个象素大小 为6_311 m，采用35 mli1定焦镜头。 2 生产技术流程图 生产技术流程由资料收集开始，经室内工作设 计、外业测量、综合整理三大阶段，可分为 11个 步骤。见图 1。 3 相机检定 采集佳能5DMARK II相机进行摄影，该相机 属于非量测型相机。使用前后必须进行畸变参数的 检定，检校模型 (单位为像素)为： = ( 一 )(毛，。+ r )+ ] P1[r +2( —Xo) ]+2p2( —Xo)(Y—Yo)+a(x—Xo)+p(y—Yo)} Ay=(Y-yo)(kc +k2r )+ 【r +2( —Yo) ]+2pl( —Xo)(y—Yo)I 其中 ： 收稿日期：2010-09—16；修订日期：2011—08—15 作者简介：史占军 (1954一 )，男，吉林长春人，吉林省地矿测绘院测绘工程师 l34 吉 林 地 质 第30卷 图 1 生产技术流程图 ， 为像点改正值 ； ，Y为像方坐标系下的像点坐标，坐标系如图2所 示 ； ，Yo为像主点 ，一= 而 由此，引入畸变差后的共线方程为 ： x 一 + ： 一 生 ! ‘ ( 一 )"4-b2(Y～ )+c (z～z ) 。+ay-__厂 4 作业方法 试验区位于山西省北部，南北长约5 km，东 西宽约4km，平均海拔 1 400nl，最大高差 100ii1。 4．1 无人机航空摄影 采用GPS导航，在航飞前检查 GPS导航仪的 工作状况，以防止因卫星失锁造成GPS导航失效。 利用飞行管理系统软件控制飞行，保证飞行数据准 确。航拍选择天气晴朗、能见度高、风速较低的天 气进行航飞作业，获取的影像的清晰度较高，根据 飞行高度、大气能见度、太阳高度角和等情况正确 选择合理的曝光参数，保证影像质量。航摄结束飞 机返场后，摄影员要采用飞行管理软件，立即对获 取的摄站点GPS坐标数据作技术处理，当天评价 飞行质量，以及摄影范围是否覆盖目标区域。若有 不合格航线立即组织补飞。 4．2 像片控制测量 像控点布设应满足区域网布点的规定要求，区 域网之间的像控点应尽量选择在上、下航线重叠的 中间，使相邻区域网间控制点尽量公用。区域网的 区域单元大小按照飞行架次进行分区，每条航线的 基线数不做限制。 像控点应选刺在交角良好的线状地物交点上或 影像小于0．2 mill的点状地物中心，以在相邻像片 上影像清晰便于联测的目标为准。实地的判刺精度 为图上 O．1 mm，像片点位刺孔应刺透。刺点像片 反面整饰用铅笔，略图绘在2 cm×2 cm的方框内， 在方框旁加注点位简要说明，刺孑L影像、点位、略 图说明要一致。并注明点号，选刺者、检查者应签名。 本试验区共布设了38个平高控制点，采用 GPS l36 吉 林 地 质 第30卷 地面控制点来计算一个测区中所有影像的外方位元 素和所有加密点的地面坐标。无人机像片的处理流 程与常规的航空数码摄影像片基本相同，区别之处 在于要进行像片畸变纠正预处理。其主要过程包括 连接点提取与编辑、野外控制点和检查点转刺、平 差计算、模型恢复、生成DEM、DOM等。 将无人机数据格式由JPG转换成TIFF格式。 使用畸变改正程序，根据无人机相机鉴定表参数， 对无人机数据进行畸变改正。使用德国INPHO全 数字摄影测量软件MATCHAT模块进行空三加密 计算。加密成果通过光束法平差软件Pat．B进行了 验算，两者结果一致。 4．4 地形图数据采集 在全数字摄影测量工作站上进行立体数据采 集，立体像对直接导入空三加密成果，作业人员测 图前应检查立体模型的定向精度。内业数据采集时 应根据立体影像上地物的构像，及其形成的几何特 性和物理特性 ，如形状、大小、色调、阴影和相互 关系等，来识别、判定地物内容和性质，确定所测 地物的轮廓特征。数据编辑采用专用数字测图软件 进行数据处理、图形编辑，形成满足要求的数字化 地形图和数据。 矢量测图采用的是 JX4数字摄影工作站。 4．5 外业调绘及精度检查 外业调绘在回放纸图上进行。对内业采集的地 表建 (构)筑物进行定性调查，如房屋层次、建筑 材料性、，电力线等级和走向等。属性注记和地理 名称调注等。航空摄影后新增地物、内业没有影像 依据、无法判测，需要外业补测。部分地物由于阴 影、植被、高层建筑投影差压盖或地物影像细小等 原因内业无法判测，作业人员疏漏个别漏测地物， 需要外业补测。外业调绘时应认真、仔细，做到 “三 清四到”(天天清、片片清、点点清 ；走到、看到、 量到、表示到)及互查互校。 为检查成果的可靠性，在试验区不同区域采集 了100个明显的地物点进行精度统计，其中误差为 0．19 m。其测试结果完全满足 1：2 000地形图 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 要求。 5 结论 无人机摄影测量技术可满足 1：2 000地形图 测绘的要求。无人机摄影测量快捷、灵活，对于不 适合采用常规摄影测量的小区域测图项目来说，无 人机摄影测量是一种很有效的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 由于无人机低空摄影测量具有机动、快速、经 济等优势，同时数码相机可以通过调节光圈、快 门和调节感光度ISO，并通过软件对彩色、反差、 亮度进行调整和消雾处理，从而在阴天、轻雾天 也可获得合格的彩色影像。利用现有的全数字摄 影测量工作站可以很容易获得数字正射影像地图 (DOM)、数字线划地图 (DLG)、数字地面模型 (DEM)等测绘产品。 无人机摄影测量技术还可广泛应用于国家生态 环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利 用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农 业作业、自然灾害监测与评估、城市 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 与市政管 理、森林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、 数字地球以及广告摄影等领域，有着广阔的市场需 求。 参考文献： 【1]金为铣，杨先宏，邵鸿潮，崔仁愉．摄影测量学[81．武汉 ： 武汉大学出版社，1996． 【2】晏 磊，吕书强等．无人机航空遥感系统关键技术研究[J】． 武汉大学学报(工学版)，2004，37(6)：67—70． 【3】张丽丽，王小平，张 瑛．基于无人机影像生产高精度DEM 的实践[J]．测绘技术装备，2009,(1)：33—34．