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无人机航测作业流程,你会几个?

发布时间:2021-09-23 23:38:17   浏览量:159   作者:GIS前沿

近几年,无人机航测在地信测绘的应用越来越火,关于无人机航测作业流程,你会几个?下面,我们一起来看一看。

外业航飞
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现场勘查

作业员需要对测区周围进行踏勘,收集地形地貌信息,以及周边的重要设备和交通信息,为无人机的起飞、降落、航线规划提供资料。对于大城市、机场或高海拔地区,航测之前首先应申请空域。

02

飞行环境

在进行外业航飞之前,应该根据已知的测区资料和相关数据对无人机系统的性能进行评估,判断飞行环境是否满足飞机的飞行要求,影响无人机飞行的因素主要包括以下四方面。

(1)海按。测区的海拔应该满足无人机的作业要求,无人机飞行的高度应该大于当地的海拔和航高。

(2)地形、地貌条件。地形和地貌主要影响无人机成图的质量,对于地面反光强烈的地区,如沙漠、大面积的盐滩、盐碱地等,在正午前后不宜摄影。对于陡蛸的山区和高密集度的城市地区,为了避免阴影,应在当地正午前后进行摄影。

(3)风气和风向。地面的风向决定无人机起飞和降落的方向,空中的风向对飞行平台的稳定性影响很大,尽量在风力较小时进行摄影航测。

(4)电磁和雷电。无人机空中飞行平台和地面站之间通过电台传输数据,要保证导航系统及数据链的正常工作不受干扰。

在实际到达现场时,应记录现场的风速、天气、起降坐标等信息,留备后期的参考和总结。

03

设备检查

在进行航飞前,应对所有的设备、装置进行检查,主要包括航测相机的检校,飞机性能的检测,电池的电量,飞机内部各部件之间的紧密、电台、GPS等。在环境复杂的山区航飞时,为了防止飞机丢失,可以在飞机上配置移动定位设备。对于弹射起步的无人机,还应检查弹射架的状况。

04

航高的确定

像片比例尺定义为像片上的线段与地面上相应水平线段之比:

1/m = f/H (1)

公式(1)中,H为相对测区平均水平面的高度,f为相机中心到像平面的距离垂距即焦距。

航测比例尺的选定取决于测图比例尺,大体与测图比例尺相当。选定了相机和比例尺以后,可根据公式(1)计算航高。在飞行时,飞机应按照预定的航高飞行,同一航线内各摄站的航高差不得大于40m。

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照片重叠度

在传统摄影测量学中,航向重叠度一般规定为60%,最小不得小于43%,最大不大于74%;旁向重叠度一般规定为30%,最小不得小于14%,最大不大于40%。无人机进行航测时,根据项目需求不同,可分为以下三种。

(1)航测生产地形图:航向重叠度一般设置为80%;旁向重叠度一般设置为60%,记为(80x60)。

(2)项目要求只需要生产正射影像(DOM),航向重叠度一般设置为70%,旁向重叠度一般设置为60%,记为(70x60)。

(3)无人机倾斜三维建模要求航向重叠度和旁向重叠度至少均为70%,记为(70×70)。

航线规划与像控点布设
01

航线规划

无人机航迹规划是任务规划的核心内容,需要综合应用导航技术、地图信息技术以及远程感知技术,以获得全面详细的无人机飞行现状以及环境信息,结合无人机自身技术指标特点,按照一定的航迹规划方法,制定最优或次优路径。因此,航迹规划需要充分考速电子地图的选取、标会、航线预定规划以及在线调整时机。

航线规划一般分为两步:首先是飞行前预规划,即根据既定任务,结合环境限制与飞行约束条件,从整体上制定最优参考路径;其次是飞行过程中的重规划,即根据飞行过程中遇到的突发情况,如地形、气象变化、未知限飞禁飞因素等,局部动态地调整飞行路径或改变动作任务。

常用的航线规划方案有两种,一种是“S”形航线,另一种是构架线。

02

摄影测量外业控制测量

摄影测量外业控制测量是在测区内测定用于内业几何定位的影像控制点的平面位置和高程值,是内业影像解析和测图的基础,主要目的为计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素,达到影像和实际地物的正射投影。

在数字摄影测量发展阶段,影像的获取和解析全部实现数字化,外业控制测量的重要性尤为显著。影像所包含的空间信息是以灰度值矩阵来表示的,为了达到影像的正确匹配和无差异重叠,需要对影像进行高精度的正射投影校正和影像灰度阈值分析,以便将灰度矩阵进行最小误差匹配和数字型数据显示。为了获取相同基准的影像数据,必须通过控制测量方法建立基准转换系统,而控制点的布设位置、布设精度和布设密度都会影响基准的转换精度。

03

外业控制点的布设

根据测区地形环境的不同,一般有两种布设方案,分别是在航飞之前布设控制点和在航飞之后布设控制点。对于山区或者地面标志物较少的地区,没有明显的特征点,所以需要在航飞之前布设像控点。对于建筑密集的城市,有明显的特征点,则可以在飞行之后布设控制点。

外业控制点的选择和布设直接关系到影像的最终影像匹配精度,所以遵从控制点的布设原则,保证控制点的布设密度,选择合适的控制点位是外业控制点布设的几个基本要求。

1)布设原则

控制点的选择和布设不仅和布设方案有关,还要考虑影像成图、误差改正等对控制点的具体点位要求,所以应遵循以下原则:

①控制点的目标影像应清晰易判读。

②为了减弱和消除投影差对影像匹配结果的影响,控制点的位置距离影像边应≥1~1.4cm。

③控制点的实地选择应避免受到阴影、相似地物的影响。

④控制点要与周边地物形成一定的灰度反差,易于进行影像判读和识别控制点。⑤控制点的位置要便于测量,若选用GPS进行点位测量,需要远离大片水域、电视塔、通信线路等,以免发生电磁干扰。

2)像控点的布点方式

布设的控制点尽量在测区保持分布均匀,一般采用九宫格布点法,航线两端及中间均隔一或两条航线布设平高点,既能保证成图精度,又能减少外业工作量。

3)像控点的选点

像控点应该选择在航摄像片上影像清晰、目标明显的像点,实地选点时,也应考虑侧视相机是否会被遮挡。对于弧形地物、阴影、狭窄沟头、水系、高程急剧变化的斜坡、圆山顶、跟地面有明显高差的房角、围墙角以及航摄后有可能变迁的地方,均不应当作选择目标。

4)目标成像不清晰,与周围环境色差小、与地面有明显高差的目标,会影响空三内业的刺点误差,因此均不能用作像控点,如下面几个例证所示:

①与水面有高差,不能作为像控点。

②颜色相近,航片上不易辨认,不能作为像控点。

③与地面有高差,不能作为像控点。

因实际情况中航摄区域未必都有合适的像控点,为提高刺点精度,保证成图精度,应在航摄前采用刷油漆的方式提前布置像控点标志。标志可刷成“L”形或“十”形。布置成“十”形时,应在十字中心加喷直径为4cm的圆点,以提高刺点精度,如下图所示:
“L”形像控点

04

像控点的量测

像控点的测量一般采用“GPS RTK”的方法,因为GPS测量结果使用的是WGS-84坐标系统,若项目要求测量成果使用其他坐标系统,则需要在观测之前进行坐标系转换,求出WGS-84坐标系与目标坐标系之间的转换关系。

1)坐标系校正方法

①首先要有至少3个目标坐标系的基础控制点坐标数据,其中的1个用作校正。注意已知点最好要分布在整个作业区域的边缘,能控制整个区域,一定要避免已知点的线形分布。

②在电子手簿上输入已知控制点的坐标,并把GPS流动站接收机架在已知点上,测得WGS-84的坐标数据。

③根据已知点的已知坐标数据和WGS-84坐标系的坐标数据,计算四参数或者七参数,求得两坐标系之间的转换关系。

④检查一下水平残差和垂直残差的数值,看其是否满足项目的测量精度要求,参差应不超过2cm,检校无误后才可以进行下一步作业。

2)野外观测要求

①两次观测,每次采集30个历元,采样间隔1s。

②接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机或手机;雷雨过境时应关机停测,并取下天线,以防雷电。

③两次观测成果需野外比对结果,比对值为两次初始化采集的最后一个历元的空间坐标,较差依照平面较差不超过4cm,大地高较差不超过4cm的精度标准执行;不符合要求时,加测一次;如果三次各不相同,则在其他时间段重新观测。

④每日观测结束后,应及时将数据从GPS接收机转存到计算机上,确保观测数据不丢失,并拷贝备份由专人保管。