無人機3D建模與傾斜攝影教學
無人機概述
農、林植保
農業植保無人機是指用於農林植物保護作業的無人駕駛飛機, 這種無人機由飛行平台(固定翼、單疑翼、多旋翼 )、GPS飛控,噴酒機構三部份組成, 通過地面遙控或GPS飛控實現噴灑作業,可噴灑藥劑、種子、粉劑等。農業植保無人機相比人工作業有以下優勢:
1.安全性高,規避農藥中毒
人工噴灑農藥對作業人員的危害非常的大,據可靠消息指出,每年農藥中毒的人數約有10,000人左右, 致死率約 20%,農藥殘留和污染造成的傷亡人數,目前尚未有統計數據, 植保機可以遠距離遙控操作,避免噴灑作業人員受到農藥的污染以及威脅,保障農藥噴灑作業的安全。
2.效率遠高於人工植保
據國外數據指出,使用植保機規模化作業能達到每小時80~100畝(一畝大概是222坪), 這種效率比常規人工噴灑至少高出100倍。另外植保機作業高度低,旋翼產生的向下氣流加速形成氣霧流, 增加了農藥噴霧對農作物的穿透性,減少了農藥飄失程度,農藥濃積量和農藥覆蓋率都優於一般人工噴灑,因而防治效果比傳統好,還可以減少農藥對土壤造成的污染。
3.節約資源,降低成本
農業植保無人機噴灑技術採用噴霧噴灑方式,至少可以節約50%的農藥使用量,節約90%的用水量,大大降低了資源成本。而且無人機折舊率低、油量消耗小、單位作業人工成本不高且易於維修。
4.飛控導航自主作業
無人機噴灑技術的應用不受地形和高度限制,採用遠距離遙控操作和飛控導航自主作業功能,只需在噴酒作業前,將農田裡農作物的相關信息進行收集,並把航線規劃好,輸入地面站的內部控制系統中,地面站對飛機下達指令,飛機就可以載著噴灑裝置,自主將噴灑作業完成,完成之後自動飛回到起飛點。而在飛機噴酒作業的同時,還可通過地面站的顯示界面做到實時觀察噴酒作業的進展情況。
電力巡檢
電力巡線無人機電力巡線是指用無人機配備相機、紅外線傳感器等設備,檢查高壓電線是否有接觸不良、漏電、過熱、外力破壞等隱患,見下表。相較於傳統巡線方式,無人機巡線優勢在於:
1.大幅提高效率
傳統巡線距離長、工作量大,步行巡線效率非常低下,使用無人機巡線速度快、準確性高、巡視不留死角,比人工巡線效率要高出數十倍。
2.安全性高
冰雪、地震、滑坡等自然災害天氣以及高山、峽谷、河流等複雜地理環境,使得人工巡線具有高風險性,時刻威脅巡線人員生命安全。使用無人機巡線,不受氣象、地理條件的影響,可降低人工勞動強度、減少作業風險。
3.提供信息更加及時
無人機具有巡線速度快、應急迅速的特點,能夠及時發現缺陷,及時提供信息,降低了線路事故導致高額損失的風險。
類型 | 人工 | 載人直升機 | 無人機 |
巡視費用 | 350萬元 | 2625萬元 | 525萬元 |
設備成本 | 工具車輛等約25萬元 | 2000萬元/架 | 200萬元 |
巡視全程時間 | 一組需3500天 | 一架需90天 | 一組需525天 |
巡視質量 | 一般 | 高 | 較高 |
安全性 | 登塔,安全風險大 | 有一定風險,一旦出事故危害巨大 | 無人身安全,有一定設備風險 |
特點 | 技術傳統,要求不高 | 直升機全程可視巡檢 | 技術先進,可選配置 |
空管受限 | 不受 | 受限 | 部分受限 |
其他 | 人工量大,費時耗力,安全性不高 | 成本很高,受空管限制,手續複雜 | 成本較低,激動靈活 |
森林防火
無人機森林防火領域的流程及優勢如下:
1.快速定位火點
利用無人機機載的紅外和可見光鏡頭監測森林火災,經數位檢查溫測電路即時傳輸到地面控制站,將火點、熱點顯示在地面站的數化地圖上,經過識別系統確定是否是火點,並進行精確的火點定位,為地面消防部門第一時間提供火場地理坐標(經度、緯度)。
2.快速確定火情
當無人機在火場上方飛行時,還可將火場的輪廓、面積、蔓延速度等數據實時傳回地面控制中心,為地面滅火指揮提供可靠信息,使滅火指揮部門迅速有效地組織、部署滅火隊伍,提高滅火作戰效率,防止救火人員的傷亡。
3.為消防部隊提供最佳撤離路徑
各項信息的有效傳達不僅使消防部隊能迅速調配人員進行重點區域滅火工作,還能及時通知消防人員撤離危險地區,並根據火場圖像資料為消防人員提供最佳撤離路徑。無人機的巡護效率遠遠高於傳統的人工巡護,能在短時間內完成原本需要多人多時進行的巡護工作,同時運行成本也極低廉。
搶險救災
重大自然災害發生之後,在信息中斷交通受阻的情況下,使用無人機可迅速越過高山河流,深入腹地進行拍攝,獲取災情,及時為搶險救災提供準確信息。微型無人機過感系統在救災工作中可以發揮以下幾個方面的作用:
1.變革了災害現場勘查的方式
微型無人機可以用不同角度勘查災害現場,尤其是在特定的災害環境利地理條件下(例如地震、雪災、山洪等),工作人員無法抵達預定勘查地點時,可借助微型無人機快速飛抵災區現場,迅速獲取災情,為救助決策提供協助。
2.提升了災害現場勘查能力
微型無人機大幅提升了災害現場的勘查能力,尤其是在受災地域廣、交通不便的情況下,可以借助徵型無人機在較大區域內快速勘查受災情況,使救災工作的時效性大大提高。
3.提供了更加客觀的災情信息
微型無人機可以在救災工作中提供最客觀的災情信息。通過航拍照片和影片,在災區現場讓救災人員看得更高、更遠、更寬,排除了現場勘查災情信息表述不清、意見相左、他人質疑等各種主觀判斷情況的發生。
多旋翼無人機的系統構成
任務負荷系統
無人機的負荷能力主要由各種類型的任務負荷所決定。所謂無人機任務負荷,就是指在無人機平台上裝載的實現無人機飛行要完成的特定任務的儀器、設備和子系統,或者稱為無人機的有效負荷。無人機只是這些設備的平台和運輸工具。任務負荷包括傳感器和執行運送等任務所需的設備,但不包括航空電子設備、數據鏈路設備和燃油。
一個典型的無人機的任務負荷系統應該包括信息採集系統、信息收發系統、任務執行系統、供電系統和輔助機構等,一些高智能無人機還包括信息分析及決策系統。
無人機任務負荷的快速發展極大地擴展了無人機的應用領域,無人機根據其功能和類型的不同,其上裝備的任務負荷也不同。任務負荷大致分為投放類(救援、架線、灑農藥)、獲取類(大氣監測、採樣、應急、搜救、遙測)、光電類(監控、監視)、其他類(通信、實驗、中繼)。
光學類傳感器
光學照相機是一種光學作用成像設備,也是最早裝上無人機使用的偵察設備,其最大優點是具有極高的解析度,目前其他成像探測器還無法達到,但其缺點是不能滿足實時情報的需要
光電攝影機通過電子設備的轉動、變焦和聚焦來成像,在可見光譜範圍內工作,所生成的圖像形式包括動態視頻、靜止圖片或二者的合成。大多數小型無人機的光電攝影機採用窄視角到中視角鏡頭。光電傳感器可執行多種任務,還可與其他不同類型的傳感器結合使用,以生成合成圖像。光電攝像機大多在白天使用,以便盡可能提高成像品質。
紅外類傳感器
紅外線線攝像機一般是主動紅外線,基本原理是利用普通 CCD 攝像機可以感受紅外線光的光譜特性(可以接收可見光,也可以接收紅外線光),配合紅外線燈作為「照明源」來實現夜視成像;而熱像儀完全是被動紅外線,其原理是探測目標自身發出的紅外線輻射,並通過光電轉換、信號處理等手段,將目標物體的溫度分布影像轉換成影片。
無人機採用的紅外線攝像機分為兩類,即冷卻式和非冷卻式。現代冷卻式攝像機由低溫制冷器制冷,可降低傳感器溫度到低溫區域。這種系統可利用熱對比度較高的中波紅外線波段工作。冷卻式攝像機的探頭通常裝在真空密封盒內,需要額外功率進行冷卻。總而言之,冷卻式攝像機生產的影像品質比非冷卻式攝像機的要高。非冷卻式攝像機傳感器的工作溫度與工作環境溫度持平或略低於環境溫度,當受到探測到的紅外線輻射加熱時,通過所產生的電阻、電壓或電流的變化工作。非冷卻式傳感器的設計工作波段為7~14nm 的長波紅外線波段。在此波段上,地面溫度目標輻射的紅外線能量最大。
紅外線行掃描儀(IRLS)是一種熱成像裝置,它利用掃描鏡收集地面紅外線輻射並投射到紅外線探測器上,形成紅外線影像訊號。也可以用這種紅外線影像信號調製視頻通道,經過數據傳輸系統發送回地面接收站。
前視紅外線儀(FLIR)即熱成像器,採用凝視焦平面陣列紅外線探測器,可一次完成:成像探測、積分、濾波和多路轉換功能。這種全固態紅外線成像器不僅體積小、重量輕、可靠性高、而且凝視比掃視具有更高的靈敏度和分辨率以及更遠的作用距離。這顯然對無人機執行監察、監視任務更為有利。
雷射類傳感器
無人機光達是一種新興的技術手段。光達作為無人機的有效負荷設備,將現場真實的信息轉化為點雲的圖像,可直觀地展示和還原現場情況。雷射類傳感器
雷射雷達原理與雷達原理相似,雷射雷達使用的技術就是根據雷射遇到障礙物後的折返時間,計算目標與傳感器的相對距離。雷射光束可以準確測量視場中物體輪廓邊沿與傳感器間的相對距離,這些輪廓信息組成所謂的點雲並繪制出 3D環境地圖,精度可達到釐米級別,從而提高測量精度。雷射雷達作為「機械之眼」,已大量應用在無人機上。
雷射雷達還具備獨特的優點,如較高的距離分辨率、角分辨率、速度分辨率,其測速範圍廣,能獲得目標的多種圖像,抗干擾能力強,還具有比微波雷達的體積小和重量輕等優點。
雷射指示器利用雷射束照射目標,雷射指示器發射不可視編碼脈衝,脈衝從目標反射回來後,由接收機接收。然而,這種利用雷射指示器照射目標的方法存在一定的缺點,如果大氣不夠透明(如下雨、有雲、塵土或煙霧),則會導致雷射的精確度欠佳。此外,雷射還可能被特塗層吸收,或不能正確反射,或根本無法發射(如照到玻璃上)。
合成孔徑雷達(SAR)傳感器
合成孔徑雷達是利用雷達與目標的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數據處理的方法合成一個較大的等效天線孔徑的雷達,又稱綜合孔徑雷達。傳統無人機一直使用輕小型電光成像探測設備,其監視和目標截獲任務的價值已得到證實,但是它們的不足之處在於探測距離短,受雲霧雨雪氣象條件限制,也不能測量距離,而這些正是機載雷達的長處。不過由於雷達通常體積、重量和功耗較大,很少有無人機能承受得了,目前認為無人機有源成像探測設備的發展方向是合成孔徑雷達(SAR)。
合成孔徑雷達突破了一般雷達由於天線長度和波長的限制使得分辨率不高的缺點,它採用側視天線陣,利用載機向前運動的多普勒效應,使多陣元合成天線陣列的波束銳化,從而提高雷達的分辨率。其特點是分辨率高,能全天候工作,並有效地識別偽裝和穿透掩蓋物,所得到的高方位分辨力相當於一個大孔徑天線所能提供的方位分辨力。
多光譜相機傳感器
多光譜照相機是在普通航空照相機的基礎上發展而來的。多光譜照相是指在可見光的基礎上向紅外光和紫外光兩個方向擴展,並通過各種濾光片或分光器與多種感光器件的組合,使其同時分別接收同一目標在不同窄光譜帶上所輻射或反射的信息,即可得到目標的幾張不同光譜帶的照片。多光譜照相機可分為三種:第一種是多鏡頭型多光譜照相機。它具有4-9個鏡頭,每個鏡頭各有一個濾光片,分別讓一種較窄光譜的光通過,多個鏡頭同時拍攝同一景物,同時獲取不同光譜帶的影像信息。第二種是多相機型多光譜照相機。它是由幾台照相機組合在一起的,各台照相機分別帶有不同的濾光片,分別接收景物的不同光譜帶上的信息,各獲得一套特定光譜帶的膠片。第三種是光束分離型多光譜照相機。它採用一個鏡頭拍攝景物,用多個三稜鏡分光器將來自景物的光線分離為若干波段的光束,分別將個波段的光信息記錄下來。這三種多光譜照相機中,光束分離型照相機的優點是結構簡單,影像重疊精度高,但成像品質差;多鏡頭和多相機型照相機也難準確的對準同一地方,重疊精度差,成像品質也差。多光譜成像儀多數屬於被動工作,按其工作方式的不同可以分為光學成像和掃描成像兩大類。光學成像有分幅式多光譜相機、全景相機、狹縫式相機等。掃描成像有光機式掃描儀、成像光譜儀、成像偏振儀等。
多光譜成像分光技術就是把入射的全波段或寬波段的光信號分成若干個窄波段的光束,然後把它們分別成像在相應的探測器上,從而獲得不同光譜波段的圖像。實際使用時,要更有效地提取目標特徵並進行識別,探測系統需要有精細的光譜分辨能力,就要求把光譜分得更窄並用對各波段,而完成這一任務的就是成像分光技術。
高光譜相機傳感器
高光譜成像技術是基於非常多窄波段的影像數據技術,它將成像技術與光譜技術相結合,探測目標的二維幾何空間及一維光譜信息,獲取高光譜分辨率的連續、窄波段的圖像數據。目前,高光譜成像技術發展迅速,常見的包括光柵分光、聲光可調諧濾波分光、稜鏡分光、芯片鍍膜等。
高光譜相機在電磁波譜的可見光、近紅外、中紅外和熱紅外波段範圍內,獲取許多非常窄的光譜連續的影像數據。高光譜圖像在光譜維度上進行了細緻的分割,不僅是傳統所謂的黑、白或者R、G、B的區別,而是在光譜維度上也有N個通道,例如把400~1000mm分為300 個通道。因此通過高光譜設備獲取到的是一個數據立方,不僅有圖像的信息,而且在光譜維度上進行展開,結果不僅可以獲得圖像上每個點的光譜數據,還可以獲得任一個譜段的影像信息。
目前,無人機負荷向多樣化發展,使無人機具備更多的任務能力,以應對各類複雜情況,負荷的小型化。使機體內部空間一方面可以裝載更多的任務負荷,另一方面,可以增大電池的體積或發電機的功率。從而進一步提高無人機的性能。負荷的模塊化設計。讓無人機在執行不同任務或升級傳感器時,能夠迅速地重新安裝各種傳感器,可更快地滿足執行各種特定任務的需要。多種任務負荷的集成,將多種任務負荷集成到一起,使採用單一任務負荷時易受到聲、光、電、大氣等影響的情況大大減少,提高完成任務的質量。隨著計算機和自動控制技術突飛猛進的發展,無人機已不再是傳統意義上的無人駕駛飛行器,而是向著具備更高自主能力的空中機器人邁進。
攝影測量技術基礎知識
攝影測量簡介
攝影測量是指通過影像研究資訊的獲取、處理、提取和成果表達的一門資訊科學。
攝影測量學是測繪學的分支學科,它的基本任務是嚴格地建立起攝影瞬間影像與對應目標物之間的幾何關係。一旦這種對應關係得到正確恢復,就可以嚴密地從影像上導出關於目標物的資訊。
攝影測量學的主要任務是測繪各種比例尺的地形圖,建立數位地面模型,為各種地理資訊和土地資訊系統提供基礎數據。攝影測量學要解決的兩大問題是幾何定位和影像解譯,幾何定位就是確定被攝物體的大小、形狀和空間位置,影像解譯就是確定影像對應地物的性質。
垂直攝影是指攝影瞬間攝影機的主光軸近似與地面垂直,像片偏差範圍的夾角小于3°。由于主光軸與像片平係保持垂直,所以主光軸與錯置線的夾角稱為像片傾角,如圖5-1所示。
但對于低空攝影來說,像片傾角一般不大于5°,最大不超過 12°,超過8°的片數應不多于總數的10%;特別因地地區一般不大于8°,最大不超過15°,超過10°的片數應不多于總數的10%。
攝影測量的分類
按照成像距离的不同分类
- 航天攝影測量(遙感)
傳感器搭載在航天飛機或衛星上,攝影距離為240~350km,主要用於衛星遙感影像測繪地形圖或專題圖,或快速提取所需空間資訊。 - 航空攝影測量
傳感器搭載在航空飛機或航空器上,攝影距離為500~8000m,是目前攝影測量生產各種中小比例尺地形圖的主要方法。 - 低空攝影測量
傳感器搭載在無人機上,攝影距離為50~500m,是生產各種大比例尺地形圖的主要方法,也常用于小區域工程測圖和補測航攝漏洞。 - 近景攝影測量
攝影距離小于50m,主要用于特定的豎直目標,而非地形目標的測量。
依用途分類
- 地形攝影測量主要任務是測繪國家基本比例尺的地形圖,以及城鎮、農業、林業、地質、交通、工程、資源與規劃等部門所需的各種專題圖,建立地形資料庫,為各種地理資訊系統提供三維的基礎資料。無人機攝影測量的應用場景通常屬於地形攝影測量。
- 非地形攝影測量主要是將攝影測量方法用於解決資源調查、變形觀測、環境監測,軍事偵察、彈道軌道、爆破,以及工業、建築、考古、地質工程、生物和醫學等各方面的科學技術問題。其物件與任務千差萬別,但其主要方法與地形攝影測量一樣,即從二維影像重建三維模型,在重建的三維模型上提取所需的各種資訊。
攝影測量的任務
攝影測量的主要任務是對地觀測,據此測繪各種比例尺的地形圖和專題圖,建立地形圖數據庫,並儲備地理資訊系統的建立與更新時所需的各種基礎數據。
另外,攝影測量也廣泛應用在非地形測繪領域,例如對爆破、高溫、真空等危險現場進行監測。
攝影測量的優勢
相較於傳統測量手段,攝影測量的優勢包括:
- 影像記錄的物體目標客觀、信息豐富、圖像清晰,人們可以比較方便地獲得所需要的幾何或物理信息,將影像信息作為製圖的依據具有非常突出的優勢。
- 攝影測量不需要接觸被測目標實物,因此測量作業不受工作現場條件的約束。例如,對滑坡、泥石流等地質災害的監測具有危險性,不可能讓人去現場進行實地觀測,這時攝影測量手段的應用就顯得尤為重要了。
- 攝影測量可以繪製動態變化或移動的目標。影像記錄是對目標物體某時刻狀態的真實反應,因此攝影測量可以用來研究動態的目標。並且這種研究是整體、全面、同時的,而非局部、片面、有時差的。例如:研究液體、氣體等移動的非固定目標時可以應用攝影測量技術。
- 攝影測量可以繪製形態複雜的目標。在地形繪制中,應用經緯儀測繪山區的地形將會顯得非常的困難,採集地形地貌的特徵點時,如果丟失或缺少關鍵的特徵點將會影響所繪地形圖的準確性。
- 影像資料可以重復使用,永久保存。一份影像資料客觀詳細地反映了該地的地表情況,成為記錄當地信息的重要資料,通過對不同時期的影像資料進行對比,可以研究該地的地貌變化特徵和發展規律。
攝影測量的發展階段
攝影測量經歷了類比攝影測量、解析攝影測量與數位攝影測量三個發展階段。
- 模擬攝影測量(1900一1960年)
19世紀中葉,勞塞達以攝影相片測製萬森城堡圖,標誌著攝影測量的誕生。當時採用的是圖解法逐點物件片進行測繪。後來出現了採用光學投影機、機械投影機或光學-機械投影機模擬攝影過程,用它們交會被拍攝目標的空間位置,這類的攝影測量儀器稱為模擬攝影測量儀器。 - 解析攝影測量(1956—1980年)
隨著電子電腦與自動控制技術以及類比數位轉換等技術的出現與發展,對先前的類比攝影測量儀器進行了一定的改進,利用數位投影取代實體投影,利用電腦控制量測、解算像點對應地面點的座標並進行測圖解算。這類依托電腦輔助人工操作的攝影測量稱為解析攝影測量。 - 數位攝影測量(1980年至今)
數位攝影測量是以數位影像為基礎,以電子電腦進行分析和處理,確定被攝物件的形狀、大小、空間位置及其性質的技術,數位攝影測量具有全數位的特徵。一張能像連續的像片可以定義為一組離散的二維灰度矩陣,每個矩陣元素的行列序號代表這個矩陣在相片中的位置,元素的數值是像片的灰度,矩陣元素在像片中的面積很小,有13μm x 13μm、 25μm × 25μm、 50μm × 50μm 等,稱為像元(pixel)。
數位影像的獲取方式有兩種:一是由遙感器在攝影時直接獲取,二是透過對相片的數位化掃描獲取,對已獲取的數位影像預處理,使之適於判讀與量測,然後在數位攝影測量系統中進行影像匹配和測量,以便得到各種數位成果,這些成果可以輸出成圖形影像,也可以直接應用。數位攝影測量適用性很強,能處理航空相片、近景攝影相片等各種資料,能力地圖資料庫的建立與更新提供數據,能用於製作數位模型、數位地球,數位攝影測量是地理資訊系統取得地面資料的重要手段之一。
數位攝影測量與類比攝影測量、解析攝影測量的最大區別在於數位攝影測量處理的原始資料是數位影像或數位影像,數位攝影測量最終是以電腦視覺代替人的立體觀測,數位攝影測量所使用的僅器是通用計算機及其相應的外部設備,其產品是數位形式的,而傳統的產品只是該數位產品的模擬輸出。
傾斜攝影測量
傾斜攝影測量的概念
傾斜攝影技術是測繪領域近些年發展起來的一項新技術,傳統航空攝影只能從竪直角度拍攝地物,而傾斜攝影測量顛覆了以往正射影像垂直角度拍攝的局限,通過在同一平台搭載多台傳感器,同時從多個角度採集影像,獲取到豐富的建築物頂面及側視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實地反映地物情況,高精度地獲取地物紋理信息,還可通過先進的定位、融合、建模等技術,生成真實的三維城市模型,這有效彌補了傳統航空攝影的不足。
傾斜攝影測量技術特點
傾斜攝影測量不僅能夠真實地反映地物情況,而且可通過先進的定位技術,嵌入精確的地理信息、豐富的影像信息,極大地提高了航空攝影測量的應用場景。傾斜影像技術的應用,使得目前高昂的三維城市建模成本大幅度降低,大大提高了三維城市建模的速度。使用傾斜攝影測量技術生成三維模型的技術方案,具有以下優點:
- 高精度、高分辦率。傾斜攝影平台搭載於低空飛行器,可獲取釐米級高分辨率的竪直和傾斜影像。
- 豐富的地物紋理信息。傾斜攝影從多個不同的角度採集影像,能夠獲取地物側面更加真實豐富的紋理信息,彌補了正射影像只能獲取地物頂面紋理的不足。
- 逼真的三維空間場景。通過影像構建的真實三維場景,不僅擁有準確的地物地理位暨坐標信息,並且可精細地表達地物的細節特徵,包括凸出的屋頂和外墻,以及地形地貌等精細特徵,720°無死角瀏覽模型。
攝影比例尺
由於攝影照片的傾科與地形的起伏使得像點發生位移,所以攝影比例尺在空拍照片上會有差異攝影比例尺是將照片當做水平照片,地面取平均高程,這時照片上的一線段I與地面上相應線段的水平距離L之比,也可以作為空拍機的主距f與航高H之比。
1/m=I/L=f/H
航高是指航機飛機在攝影瞬間相對某一水準面的高度。根據所取基準面的不同,航高可分為相對航高和絕對航高。
相對航高(攝影航高)
航拍飛機在攝影瞬間相對某一水準面的高度,它是與對于航攝區域內地面平均高程基準面的設計航高,是確定航機飛機飛行的基本數據,一般以H=mf計算得到。
絕對航高H(絕)
航攝飛機相對于平均海平面的航高,是攝影物體在攝影瞬間的真實海拔高度,通過相對航高H與攝影地區地面平均高度H(地)計算得到。
H(絕)=H+H(地)
攝影比例尺的選擇
攝影比例尺的選擇要以成圖比例尺、攝影測區內業成圖方法和成圖精度等因素來考慮攝影比例尺,另外還要考慮經濟性以及攝影資料的可使用性。
攝影比例尺越大,相片地面分辨力越高,越有利影像的解讀與提高成圖精度,但攝影比例尺過大,費用和工作量會增加,所以要根據測繪地形圖的精度要求與獲取地面資訊的需要,按測圖規範使用攝影比例尺。
當選定了攝影機和攝影比例尺,航空攝影就要按計算的航高H=mf飛行,才能得到相對應的航拍照片,。但由于受到空中氣流等因素的影響,使得攝影時的飛機航高發生變化,同一軌線上相鄰照片的航高差不應大于30m,最大航高與最小航高之差不應大于50m,實際航高與設計航高之差不應大于50m。
照片重疊
為了立體測圖及航線間的接邊,要求照片間有一定的重疊,包括航向重疊和縱向重疊。同一航線內相鄰兩張照片的重疊稱為航向重疊,航向重疊部分為整個像幅長的百分比稱為航向重疊度。相鄰航線間的影像重疊稱為縱向重疊,縱向重疊部分與整個像幅長的百分比稱為縱向重疊度。
航向重疊度 Px% = Px / Lx × 100%
縱向重疊度 Py% = Py / Ly × 100%
式中, Lx、Ly表示像幅邊長; Px、Py表示航向和縱向重疊影像部分的長度。
照片的重疊部分是立体測繪和照片連接的必要條件,除航向重疊和縱向重疊外,在航線方向必須要三張相鄰照片有公共重疊影像,稱為三度重疊,這是攝影測量選定控制點的要求。由于照片邊緣部分的影像遮蔽度差,會影響測量的精度,所以三度重疊中1、3照片的重疊部分不能太小。地面起伏大時,重疊度要大才能保持照片立體量測與拼接。所以一般情況下,航向重疊度應為60%~80%,最小不能小于53%,縱向重疊度應為15%~60%,不能小于8%。
攝影測量產品
DOM(數位正射影像圖)
數位正射影像圖(Digital Orthophoto Map,簡稱 DOM)是以航攝相片或遙感影像(單色/彩色)為基礎,經掃描處理並經逐像元輻射改正、微分糾正和鑲嵌,按地形圖範圍裁剪成的影像數據,並將地形要素的信息以符號、線畫、注記、公里格網、圖廓(內/外)整飾等形式填加到該影像平面上,形成以柵格數據形式存儲的影像數據庫。它具有地形圖的幾何精度和影像特徵。
- 影像特徵
數字正射影像圖是同時具有地圖幾何精度和影像特徵的圖像。DOM具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優點,可作為地圖分析背景控制信息,也可從中提取自然資源和社會經濟發展的歷史信息或最新信息,為防治災害和公共設施建設規劃等應用提供可靠依據,還可從中提取和派生新的信息,實現地圖的修測更新,經實踐評價,其他數據的精度、現實性和完整性都很優良。 - 製作方法
由於獲取製作正射影像的數據源不同,以及技術條件和設備的差異,數字正射影像圖的製作有多種方法,其中主要包括以下三種:- 全數位攝影測量方法
通過數位攝影測量系統來實現,即對數位影像進行內定向、相時定向、絕對定向後,形成 DEM(數位高程模型),按反解法做單元數字微分糾正,將單片正射影像進行鑲嵌,最後按圖廓線裁切得到一幅數位正射影像圖,並進行地名注記、公里格網和圖廓整飾等,經過修改後,繪製成 DOM 保存。 - 單片數字微分糾正
如果一個區域內已有 DEM 數據以及像片控製成果,就可以直接使用該成果數據 DOM,其主要流程是對航攝負片進行影像掃描後,根據控制點坐標進形數字影像內定向,再由 DEM 成果做數字微分糾正。 - 正射影像圖掃描
若已有光學投影製作的正射影像圖,可直接對光學正射影像圖進行影像掃描數字化,再經幾何糾正就能獲取數字正射影像的數據。幾何糾正是直接針對掃描變換進行數位模擬,掃描圖像的總體變形過程可以看作是平移、縮放、旋轉、仿射、偏扭、彎曲等基本變形的綜合作用結果。
- 全數位攝影測量方法
DEM(數字高程模型)
數位高程模型(Digital Elevation Model,簡稱 DEM)是一定範圍內規則格網點的平面座標(x、y )及其高程(z)的數據集,它主要是描述區域地貌型態的空間分布,是通過等高線或相似立體模型進行數據採集(包括採樣和量測),然後進行數據內插而形成的。
DEM 是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型,是數位地形模型(DTM)的一個分支,其他各種地形特徵值均可由此派生。一般認為,DTM是描述包括高程在內的各種地貌因子,如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內的線性和非線性組合的空間分布,其中DEM是單項數位地貌模型,其他如坡度、坡向、坡度變化率等地貌特性可在 DEM 的基礎上派生。
- 建立方法
建立 DEM 的方法有多種,從數據源及採集方式上包括:- 直接從地面測量,所涉及的儀器有水平導軌、測針和相對高程測量板等構件,也可以用GPS、全站儀、野外測量等高端儀器。
- 根據航空或航太影像,透過攝影測量途徑獲取,如立體座標儀觀測及空三加密法、解析測圖、數位攝影測量等。
- 從現有地形圖上採集,如格網讀點法、數位化儀手扶追蹤及掃描器半自動採集然後透過內插產生DEM等方法。
- 計算方法
計算方法包括有規則網絡結構和不規則三角網(簡稱 TIN)兩種算法,目前常用的算法是 TIN,通過等高線和高程點建立 TIN,然後在TIN 基礎上通過線性和雙線性內插建 DEM。
TIN結構數據能以不同層次的分辨率來描述地表形態,與格網數據模型相比,TIN模型在某一特定分辦率下能用更少的空間和時間更精確地表示更加複雜的表面,特別是當地形包含有大量特徵如斷裂線、構造線時,TIN 模型能更好地顧及這些特徵。 - 分辦率
DEM 分辨率是 DEM 刻畫地形精確程度的一個重要指標,同時也是決定其使用範圍的一個主要的影響因素,DEM 的分辨率是指DEM 最小的單元格的長度。因力DEM 是離散的數據,所以(X,Y)坐標其實都是一個個的小方格,每個小方格上標識出其高程。這個小方格的邊長就是 DEM 的分辨率。分辨率數值越小,分辨率就越高,刻畫的地形程度就越精確,同時數據量也呈幾何級數增長。所以 DEM 製作的時候要依據需要,在精確度和數據量之間做出平衡選擇。 - 用途
由於DEM描述的是地面高程信息,它在測繪、水文、氣象、地貌、地質、土壤、工程建設、通信、軍事等國民經濟和國防建設以及人文和自然科學領域有著廣泛的應用。如在工程建設上,可用於如土方量計算、通視分析等;在防洪減災方面,DEM是進行水文分析如匯水區分析、水系網絡分析、降雨分析、蓄洪計算、淹沒分析等的基礎;在無線通信上,可用於蜂窩電話的基站分析等。 - 地面解析度(GSD)和模型精度
地面解析度也稱為影像精度(Ground sample distance,簡稱GSD),是以一個像素(pixel)代表的地面尺寸(m),其值與攝影高度和相機焦距有關。地面解析度公式如下(單位:公尺/像素):
地面解析度 = 感光元件尺寸 x 航高 /(焦距 ×影像最大尺寸)
透過上述公式,我們也可以進行飛行高度的運算。以大疆精靈 Phantom 4 RTK 為例,感測器尺寸為13.2mm × 8.8mm,像幅尺寸為5472 × 3648,像元大小為2.41μm,即:13.2mm / 5472 = 2.41228μm。相機焦距為8.8mm,代入公式得 H ≈ 36.5 x GSD,如所需的GSD為 5cm/pixel 的數據,經計算得到的飛行高度約為182m。考慮到飛行時的環境影響,一般會低於計算得到的飛行高度去作業,我們可以選取 150m 的飛行高度來確保得到的資料符合要求
模型精度通常是指透過儀器在實地測量地面上點的位置與模型上採集該點的位置計算出的中誤差。傾斜攝影的模型精度一般是照片解析度的三倍,就是根據照片產生的正射影像的地面解析度的三倍,如果產生的正射影像的解析度是2cm/像素,那麼模型精度基本上就是5 ~10cm。 - 影像分辨率
影像分辨率是指地面分辨率在不同比例尺的具體影像上的反映。影像分辨率隨影像的比例尺不同而變化,像素和分辨率是成正比的,像素越多,分辨率也越高。像素分有效像素和CCD/CMOS 像素。500萬像素的數碼相機,最大影像分辨率是2592 像素 x 1944 像素,800萬像素的數碼相機,最大影像分辦率是3264 像素 x 2448像素。可以看出,像素越多,最大輸出的影像分辨率也越高。
傾斜攝影任務執行規劃
無人機傾斜攝影外業工作主要分為下列三個部份:
- 文件以及方案準備
主要包括:收集專案資料,掌握專案具體情況,完成空域申請和技術方案制定工作。 - 航空攝影的組織和實施
主要包括:象控點布設及測量、外業飛行作業計劃的組織和實施。 - 數據整理及檢驗
主要包括:飛行數據整理及檢查、航空影像數據分類及品質檢查工作。
作業前準備
網路RTK訊號覆蓋範圍查詢
以大疆系列無人機為例,可在GS RTK APP 中查詢任務區域網絡RTK覆蓋情況
設備固件更新檢查
出發前對無人機設備固件進行更新,避免執行任務期間,由於更新固件而浪費拍攝時間。注意無人機電池要逐塊進行升級。
收集測區的相應測繪數據
包括已有地形圖數據、航攝影像、已有控制點成果等,有利於優化測區設計,提高工作效率。
緩存任務區域地圖
打開GS RTK APP對任務區域地圖進行緩存,避免由於任務區域沒有網路對航線規劃及飛行安全造成不必要的影響。
提前規劃任務區域
通過GS RTK APP或利用Google Earth製作測區KML文件,提前規劃任務航線,節省現場任務規劃時間。
任務區域分割
建議對較大任務區城進行區域分割,航高100m 速度7m/s 的任務,可按1km × 0.5km 進行分割;航高 150m 速度11m/s 任務,可按1km × 1km 進行分割;航高 200m 速度13m/s 任務,可按1km x 1.5km 進行分割;設置起飛點時可設置在分割區域中間,這樣會保證信號傳輸的穩定性。
增強無人機與遙控器的信號強度
距離、物理障礙(大型建築物、山丘、樹木)和電磁干擾(如電源線、鋼筋混凝土或大型金屬物體)是無人機與遙控信號斷開的最常見原因。為了避免這種情況,建議盡可能在任務區域內起飛並在任務區域高點起飛,有利位置可以增加信號的傳播距離;根據無人機位置調整天線朝向,保持天線始終朝向無人機;避免干擾源,航線遠離高壓線信號塔等,同一區域盡量避免超過5架無人機共同飛行的情況;避免將無人機飛出視線,如果飛行任務必須將無人機飛出視線,請務必隨時觀察飛機的飛行參數,掌握飛機機頭朝向。
技術設計方案
專案的基本要求和技術依據
- 明確專案的基本要求:專案的實施內容嚴格依據業主方提供的技術要求進行設計、組織。內容包括:航空攝影、像控測量、DOM 生產、傾斜攝影模型生產,並最終提交符合規範和技術要求的資料成果。
- 明確工期要求:前期計畫、手續完成日期要求;航攝開工、完工日期要求,資料成果提交日期要求。
- 明確技術方案的數學基礎:座標系統、高程基準。
- 明確成果格式要求:原始空拍影像格式、pos資料檔、像控點、傾斜三維模型解析度、平面精度、成果格式等。
- 明確方案設計中的引用標準及作業依據。
設計實施方案
傾斜攝影方案設計
傾斜攝影系統選擇主要是根據頂目技術要求、測區範圍和特點來進行的,主要由三部分組成。第一部分為飛行平台;第二部分為人員,即地面指揮人員,包括無人機飛手及地面工作站飛控人員;第三部分為攝影設備,即鏡頭平台及相機。
- 航線規劃設計
外業航線的佈設尤其重要,因為要確保獲取的影像滿足測繪行業的要求,並且要在獲取大區域圖像的過程中做到盡量少的飛行次數,減少人力和物力的資源浪費。航線設計是製作高品質影像圖的關鍵。航線需要根據測區的地形地形來進行設計,必須為內業正射影像圖的製作提供足夠的重疊率,因此,無人機航線設計需要綜合考慮各方面因素,以保障飛行安全和獲取影像滿足要求。
影響無人機航線設計的因素包括:測區的地形地形、天氣因素、飛行安全、解析度和重疊率等。航線設計的主要參數包括:地面解析度、飛行速度、影像重疊率、航高、雲台傾斜角度和相幅大小等
正常情況下,理想的航線設計一般具有以下幾個特徵:- 測區的形狀呈現規則,航向基本上朝一個方向。
- 航向高度相同。
- 地面重疊率一般為:航向重疊率75%及旁向重疊率50%。
- 測區內沒有困難的地形地貌,如森林、雪地、水域等,因為在這些地貌覆蓋下像片不能很好地進行匹配。
針對複雜地形專案的航線佈設,需注意以下幾點: - 困難地形的航線設計注意事項。遇到困難的地形地貌時,需要飛行航線有較高的重疊率,以此來保證完整地建立模型。
設計此類航線需要注意:①地面重疊率為:航向重疊率80%,旁向重疊率60%;②如果進行匹配的模型少於95%的完整性(例如:少於95%的照片進行較準和用於模型構建),這就表明重疊率是不滿足要求的。 - 帶狀地物航線設計的注意事項。遇到帶狀測區包含鐵路、公路以及河流等,在航線設計時需要注意:①在為帶狀區設計航線時,需要設計成雙軌跡航帶,在條件允許的情況下,航帶越多,成果越可靠。 ②設計帶狀地物航線時,控制點不是必需的,但有控制點還是有助於提高模型的位置精度以及完整性。 ③在設計帶狀測區的航線時,不建議設計成單一軌跡的航線,這有可能導致模型的扭曲與不完整。 ④如果受條件所限,只能設計為單軌道航線時,控制點是必須要有的,有了控制點才有可能避免模型出現扭曲變形的情況。 ⑤帶狀測區需要高重疊率:最好設定 85%的航向重疊率和 60%的旁向重疊率
- 多區域航線設計注意事項。對於多區域航線而言,在進行航線設計時需要注意:①為了建構一個好的模型,設計航線時需要兩條航線間設計足夠的重疊率,兩條航線之間最小的重疊率取決於地形地貌條件,理想地形地貌條件下為航向重疊率75%,旁向重疊率50%;複雜地形地貌條件下為航向重疊率85%,旁向重疊率60%。③多區域航線設計時應盡量減少航線內的環境變化(例如:光照、天氣條件、移動的物體、新的建築等)。
- 航高及飛行速度確定
- 航高計算:傾斜攝影航高取決於專案地面解析度(GSD),以及使用感測器像元的大小,根據下列式中計算得出
a/GSD=f/h>>>h=fGSD/a
式中
h—相對飛行高度;
f—鏡頭焦距;
a—像元尺寸;
GSD—地面分辦率。
飛行高度越低,地面解析度的數值越小,影像清圖5-6 航高與地面解析度關係圖晰度越高,但同時建築物陰影會被拉長,相同測區的情況下影像的數量會增多,不利於後期的數據處理,飛行的安全係數也會降低,應綜合考慮。 - 飛行速度計算:在無人機拍攝影像的過程中並沒有停止飛行,而且相機曝光也是有一定的時間間隔,在相機曝光這個時間段內,由於無人機飛行引起的影像中地物點移動的距離稱為影像的像點位移。影響像點位移的因素有無人機飛行速度、相機曝光的時間間隔以及地面分辨率,具體關係式如下:
δ=vt/GSD
式中
δ一像點位移,單位為像素;
ν一飛行速度,單位為m/s:
t一曝光時間,單位為s;
GSD一地面分辨率,單位為m。 - 重疊率設置:一般規定航向重疊率為60%,至少不低於53%,當地面起伏較大時,還應增大重疊率。隨著航空數碼相機的應用,現在低空攝影測量特別是傾斜攝影測量的航向重疊率已經在70%以上,旁向重疊率也大於60%。重疊率越高,相鄰兩張影像上的同名地物點也就越多,匹配的同名點數量也就越多,定位精度也就越高,但是重疊率的增加又會導致影像的數量增多,增加了內業數據處理的工作量,為了兼顧定位精度和作業效率通常將影像重疊率設置成航向重疊率80%和旁向重疊率70%。
- 航攝因子參數設計,見下表
- 航高計算:傾斜攝影航高取決於專案地面解析度(GSD),以及使用感測器像元的大小,根據下列式中計算得出

無人機航拍作業
採集設備檢查
- 飛行參數設置:參照飛行區域的大小、飛行環境允許的飛行高度、精度需求等進行飛行速度、飛行高度、舵向重疊率、旁向重疊率等參數的設置。
- 飛行安全分析:繪制航線區域後在Google Earth查看相對位置及區域內各部分位置高程差,分析所規劃航飛區域的安全性。然後進行現場踏勘,尋找合適的飛機起降地點,並留意航線區域內是否有出現高山、高樓、電塔等不安全因素,以確定飛行的高度。
- 相機檢查:相機作為傾斜影像採集設備,其感光度、焦距、快門速度均需要根據任務需求及天氣情況調節到合適的參數值,且各台相機參數需保持一致。相機參數設置完成後可將相機固定於雲台中,並確保相機開機、相機蓋已摘除。
- 無人機檢查:利用指南針查看無人機的機頭方向,與飛控軟件中的羅盤參數對比,確定飛控軟件中方向無誤。然後接通飛機動力電源,利用遙控器測試雲台工作狀態。
- 首飛聯合調試:作業人員及設備到達現場後在正式拍攝前要安排一架次試驗飛行,試飛的目的是對數位航攝儀、曝光組合、機組與航攝人員的配合以及飛機照相窗口性能和飛行組織協調等各個方面進行檢驗,確保航空攝影項目的順利進行。起飛前要對航攝儀做基本程序檢查,如相機座架、鏡頭、飛行控制系統及定向系統通電檢查,確保電路、機械傳動部分、飛行管理軟件、數據硬盤記錄工作正常、設備各項設置參數正常無誤。首飛結束後,攝影員馬上現場檢查影像是否清晰,保存的數據是否完整。品管人員應即時向作業現場反饋品檢結果並提出改善飛行和影像品質的合理化建議。如果首飛結果未發現問題可安排進行後續航攝飛行。
無人機航拍作業
根據制訂的分區航攝計劃,尋找合適的起飛點,對每塊區域進行拍攝採集照片。在設備檢查完畢,並確認起飛區域安全後,將無人機解鎖起飛。起飛時飛手通過遙控器實時控制飛機,地面站飛控人員通過飛機傳輸回來的參數觀察飛機狀態。飛機到達安全高度後由飛手通過遙控器收起起落架,將飛行模式切換為自動任務飛行模式,同時,飛手需通過目視無人機時刻關注飛機的動態,地面站飛控人員留意飛控軟件中電池狀況、飛行速度、飛行高度、飛行姿態、航線完成情況等,以此保證飛行安全。
無人機完成飛行任務後,降落時應確保降落地點安全,避免路人靠近。完成降落後檢查相機中的影像數據、飛控系統中的數據是否完整。數據獲取完成後,需對獲取的影像進行品質檢查,對不合格的區域進行補飛,直到獲取的影像品質滿足要求。針對無法旋轉鏡頭拍攝的建築和地面死角。導致模型和貼圖扭曲拉伸和缺失等問題,建議補拍建築側面信息,從而進一步提高模型品質。
像控點布設與測量
野外控制點是航攝內業加密控制點和測圖的依據,主要分為平面控制點、高程控制點和平高控制點三種。平面控制點僅測定該點的平面座標,高程控制點僅測定該點的高程,而平高控制點則要測定該點的平面座標和高程。像控點的布設方案與自由網平差精度有關,合理地布設像控點可以有效地削弱誤差傳遞從而使誤差減小且分布均勻,因而顯得至關重要。
- 像控點的布設原則
像控點的選擇和布設不僅和布設方案有關,還要考慮影像成圖的品質,與附近的色差是否明顯,是否容易在影像上辨別,另外還要考慮是否有信號干擾等問題。
像控點的布設應該考慮以下幾個因素:- 像控點標靶尺寸合適,一般布設在較平坦的地方,在地面標誌性圖案的拐角或物體的稜角處。方便點位的查找和定位,在影像上應該比較清晰,容易被識別。
- 為了減少投影差對影像匹配結果精度的影響,像控點佈設的位置應該在離影像邊界1~1.5cm的位置。
- 由於陰影會使像控點標靶在影像上不清晰,所以在實地佈設像控點時應避開有陰影的區域。
- 像控點要選擇在寬敞的地方,要避開電視塔、信號塔、大片水域等干擾信號的地方以免影響像控點的測量精度。
- 佈設的像控點應該是能共用的,通常在5、6片重疊範圍內,距離像片的邊緣大於150像素,距離像片上的各種標示應該大於1mm。區域網四周的像控點應能控制所需測量的面積。
- 像控點要在旁向重疊的中線附近,如果旁向重疊率過小,則需要分別佈點,但控制區域所裂開的垂直距離要小於2cm。旁向重疊率過小,相鄰航線像控點不能公用時,應分別佈點,當旁向重疊率過大使相鄰航線的點不能公用時,亦應分別佈點。
- 當像控點為平高點時,實地選點時要選擇影像清晰的明顯地物點,如接近線狀地物的交點、地物拐角點等實地辨認誤差小於圖上0.1mm的地物點,當像控點為高程點時,要優先選取局部高程變化不大的地物目標點,不可在弧形地物及高程變化較大的斜坡選取刺點及像控點。
- 像控點整飾時,要在影像上對應的控制點點位標注點名或者點號,在筆記本上記錄關於刺點位置的詳細說明,說明要確切,點位圖、說明必須一致。
- 像控點分布方式
由於傾斜攝影數據含有IMU資料,同時考慮到測區地形因素,一般採用在測區角部點組布設、周邊均勻布設及內部少量布設方式:即在測區的角部以點組的形式布設像控點,四周邊均勻布設和內部少量布設像控點。 - 外業像控點標記方式
為了保證最終的成果數據精度,需要在拍攝前布設像控點標記,做標記採用的材料一般是油漆或者膩子粉,布點方式一般採用「十」字形或者「L」形。應當注意的是在採用「十」字形布點方式時,為了方便刺點和保證刺點精度,應該在「十」字的中心位置噴一個直徑為5cm的小圓。當像控點選擇在水泥路、柏油路等地面比較堅硬的地方時,一般採用油漆做像控點標記;當像控點選擇在土壤比較鬆軟的地方時,一般採用膩子粉做像控點標記。 - 像控點測量
- 精度需求:像控點的平面和高程中誤差均不超過20cm。
- 像控點選擇:應選擇影像清晰的明顯地物,交角良好的線狀地物的交點、明顯地物的折角頂點,如平頂房的房角、圍牆頂部拐角、門嫩頂角、大門頂蓋角、以及其他便於量比高、測距的墩台、柱的頂部拐角等,人字房角和局部高程變化不規則的不宜選擇。
- 像控點測量:可利用測量區域地形圖根控製成果,採用全站儀測量取得。
- 像控點整飾:在原始影像數據上進行,使用 photoshop 軟件在像片數據上添加整飾信息,整飾後的文件以像控點名為文件名保存。外業可拍現場照片,輔助內業快速判點。
- 成果整理,像控點坐標成果建議用 Excel軟件製作,並接控制點點號的優先級進行排序。
航拍數據整理
由於傾斜攝影測量所用的數據量非常龐大,對於一個項目中的影像數據、POS信息、像控資料應進行分類管理,應檢驗有關聯性的部份是否存在邏輯錯誤(即數量、編號、時間等信息的對應情況)。在數據整理中,主要的工作內容包括:
- 影像按照架次與鏡頭放置,首先根據照片的拍攝時間建立以”日期-架次”為名稱的目錄,然後根據鏡頭的正、前、後、左、右分為五個方向建立其對應的子目錄(為了便於軟件遍歷,通常使用英文O、B、H、L、R),由於數碼相機的影像記錄習慣是按照順序從0001到9999為一個文件夾進行存放的,因此在影像數量超過1萬時則會有多個文件夾出現,需要按照架次重新歸入一個文件夾後再按照時間順序重新命名。
- POS數據整理,POS數據應當與影像一一對應,由於傾斜攝影測量的空三算法對於正射匹配有最高的優先權,因此通常情況下只需要針對正射影像進行整理即可,將POS數據按照正射影像的名稱建立關聯索引,甚至根據處理軟體的要求製成Txt文件或者Excel表格。
- 像控資料整理,根據實際航線與像控點實地坐標,尋找包含像控點坐標的5張及以上的正射影像,並在圖上的像控點範圍內進行標註(畫上紅圈),與外業時採集的像控點坐標數據、實地拍攝照片等資料進行彙總。
航飛品質控制
傾斜攝影模型生產品質控制貫穿於整個數據整理加工的全生命週期中,通過採用科學的方法和一系列切實有效的手段,在數據採集階段,針對數據質量的關鍵性問題,於以精度控制、效果調整及錯誤改正,以保證模型品質。
飛行前品質控制
嚴格依照測繪航空攝影各項技術規範的要求,杜絕品質事故,做到產品的各項技術指標達到優。
- 設備檢查
飛機起飛前做好機上設備偵測,所有設備工作正常後飛機方可起飛。 - 導航
全部航攝飛行都採用CPS 系統導航,嚴格按設計的 GPS 領航數據實施航攝飛行。飛行中經常檢查 GPS 導航儀的工作狀況,防止 GPS 衛星失鎖造成GPS 導航失效。 - 航高
按照設計航高飛行,同一航線上相鄰像片的航高差不得大於20m,最大和最小航高差不得大於30m,實際航高與設計航高之差應小於設計航高的5%。
飛行特殊情況處理原則
- 穿越航線
原則上各相鄰的平行航線需要有一到兩條穿越航線進行垂直穿越,以便使後期數據處理中保證各條航線的連接精確。 - 小十字
飛行過程中的每個架次,為了對本架次數據進行精確的校正,即在每個架次的正式航線數據採集前或數據採集後都要進行檢校場飛行,即小十字飛行 - 補飛
數據獲取過程中可能會存在極少量的某些異常情況,造成某一區域的數據獲取缺失等現象,對於產生數據漏洞的航線要進行補飛,補飛航線兩端均要相應延長一部份,從而使得兩次獲得的數據能夠很好地接邊。 - 數據異常
在飛行的過程中可能會遇到極少的衛星信號瞬間失鎖現象,或由於較惡劣的飛行條件,如較大的風或上升氣流等遭成飛機姿態變化較快時衛星信號不好,對於這種情況造成的POS數據有某些異常,應根據數據異常時間段是否在正式航線上和整個架次的POS數據精度來決定航線數據的有效性,對於無效數據的航線或架次將進行補飛。
飛行方案設計
- 在便於施測相片控制點及不影響內業正常加密時,旁向覆蓋超出攝區邊界線不少於像幅的15%,航向覆蓋超出攝區邊界線至少一條基線,可視為合格。
- 航向、旁向重產率數據均優於70%,影像像點位移最大不超過1.5像素,旋偏角一般不大於15°,在像片航向和旁向重疊率符合要求的前提下,最大不超過25°。
- 在一條航線上達到或接近最大旋偏角限差的相片數不得連續超過三片;在一個攝區內出現最大旋偏角的相片數不得超過攝區相片總數的4%。
- 檢查飛機起飛前及降落後IMU、GPS 的工作時間,要求至少達到10min以上。
- 進入攝區航線時為了避免IMU誤差積累,宜採用左轉彎和右轉彎交替方式飛行,且每次的直飛時間不宜大於30min,在20min內為佳(按飛機巡航速度420km/h計,航線長度一般不宜大於210km,以在140km內為佳)。
- 飛行過程中飛機的上升、下降速率一般不能大於10m/s,飛行過程中的轉彎坡度不宜超過20°,以免造成衛星訊號失鎖。
- 測區邊界覆蓋:旁向覆蓋超出測區邊界線不少於400m。為便於施測影像控制點及內業正常加密,旁向覆蓋不少於像幅的15%。
- 個別情況下,允許影像旋偏角大於15°但不超过25°,保證航向和旁向重疊率正常。
飛行品質要求
在對飛行品質的要求中,相片重疊度、相片傾角、相片旋角和航高保持的品質要求見
攝影測量基礎知識,其他方面的要求如下:
- 攝區覆蓋保證
航向覆蓋超出攝區邊界線應不少於兩條基線。旁向覆蓋超出攝區邊界線一般不少於像幅的50%,在便於施測像控點及不影響內業正常加密時,旁向覆蓋超出攝區邊界線應不小於像幅的30%
- 漏洞補攝
航攝中出現的相對漏洞及絕對漏洞均應及時補攝,應採用前一次航攝飛行的數位照相機進行補攝,補攝航線的兩端應超出漏洞外兩條基線。
- 飛行紀錄資料的填寫
每次飛行結束,應填寫航攝飛行紀錄表,表格填寫應準確、清晰、齊全
影像品質要求
- 影像應清晰,層次豐富,反差適中、色調柔和應能認出與地面分辨力相適應的細小地物影像,能建立清晰的立體模型
- 影像上不應有雲影、煙霧、大面積反光、污點等缺陷
- 確保因飛行器速度的影響,在曝光瞬間造成的像點位移一般不應大於1像素,最大不應超過1.5像素。
- 拼接影像應無明顯模糊、重影及錯位
航攝成果品質檢查
空中攝影的成果,即航空相片是攝影測量的基本原始資料,其品質的優劣直接影響攝影測量過程的繁簡,以及成圖的工效和精度。因此需要對攝影的成果應進行詳細的品質檢查。檢查內容包括飛行品質檢查和影像品質檢查,根據前面的要求進行即可
內業處理
將所取得的影像資料先利用對應軟體進行空三處理,然後在此基礎上進行DSM生成、DEM生成、DOM生成以及DLG 製作根據需求產生對應產品。
空三加密注意事項
在平差過程中像控點分佈要符合規範要求,不允許輕易剔除像控點,特別是位於區域網邊角處的像控點。如發現像控點成果有問題,要及時報告負責人,以便外業進行檢測。加密過程中,應依規範的要求記錄像點測量誤差、相對定向誤差、模型連結誤差、定向後的定向點殘差、多餘控制點不符值、區域網內部公共點較差、區域網間公共點較差等,估算內業加密點中誤差。
外業調繪基本要求
調繪應判讀準確、描繪清楚、圖式運用恰當、注記準確,調繪人員應堅持「走到、看到、問到」的原則,應在野外對航測內業成圖進行全面實地檢查、修測、補測、地理名稱調查注記、房簷改正等工作。
實地調繪前應對內業判繪的資料進行分析,做好內、外業技術上的溝通,以確保地形圖要素(包括圖形要素和屬性資訊)所表達的完整性和正確性。
對內業預判的地形圖要素進行核查、糾錯、定性,對內業漏測和難以準確判繪的圖形息(如遮蓋區域和無法取得的屬性資訊(如地理名稱等)進行調繪。
對於地物性質可採用符號化表示或註記表示,如對於內業量測的不明的線或符號,待外業確定後,可標註文字註記,不必再繪製符號表示,但文字註記應標註清楚,做到與地物一一對應
調繪時間、作業員姓名、檢查員姓名應記錄清晰。
外業補測具體要求
外業補測內容主要為遮擋地物。立體測圖階段內業作業人員應依要求對遮擋等辨別不清的地物進行著重標註,以便外業人員調繪補測。
利用RTK或基於CORS的網路RTK進行補測。
對於零星新增地物或單一建(構)築物,可依相關地物丈量定位,對於大面積新增地物,採用全野外數位測圖法進行補測。