CN109828291B - 一种有人机应急遥感监测的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有人机应急遥感监测的方法及装置。步骤是：1)地面架设2个或2个以上GNSS基站，并记录静态GNSS数据；2)分别记录不同程度受灾情况及对应数据获取时间；3)获取影像原始数据和IPAS原始数据，获取灾区经纬度坐标；4)使用通讯设备将受灾区域状况及坐标信息发送给地面；5)将GNSS基站数据拷出，等待飞机降落；6)飞机降落，结合数据做差分处理，解算生成SOL文件；7)机上作业人员将带有坐标信息的1级影像拷出来现场移交给地面救灾人员。本发明利用有人机针对遥感数据在机上进行快速后处理，能够及时确定并通报受灾情况及地理位置，方便决策，进行快速指挥救援，减少灾害损失，适合大面积作业。

Description

一种有人机应急遥感监测的方法及装置

技术领域

本发明属于一种遥感方法及装置，具体涉及一种有人机应急遥感监测的方法及装置。

背景技术

当出现地震、山体滑坡、泥石流、洪水、火灾等灾情时，可以利用应急遥感监测的手段对灾区进行信息获取。目前采用的手段包括卫星遥感、有人机遥感及无人机遥感。卫星遥感获取的影像数据不是实时数据，不能及时反映受灾情况，且对单位的门槛要求高；无人机遥感虽然门槛低，但是在飞行过程中，无人机不能通知地面人员受灾情况及受灾区域的经纬度坐标，只能等降落之后通过数据处理才能得到相关数据，且无人机遥感因电池、油量受限不适合大面积的受灾区域；现有的有人机遥感都是在机上获取遥感数据，然后等飞机降落后，将数据拿到宾馆，使用遥感软件处理数据，最后将处理好的成果提交给地面救灾人员，由于不能在机上快速处理数据，因此不能在机上将受灾情况及受灾区域的经纬度坐标等信息通过通讯设备发送给地面救灾人员，地面救灾人员不能及时开展救援，且飞机降落后不能在飞机上就地快速地进行数据深加工，增加了往返宾馆及在宾馆处理数据的时间，贻误了救灾的最佳时间。另外，现有的有人机遥感可以选择架设GNSS基站记录静态GNSS数据，然后做IPAS差分处理(IMU/DGNSS处理)生成SOL文件，也可以选择使用PPP(PrecisePoint Positioning，单点精密定位)技术做IPAS处理生成SOL文件，但后者的缺点在于：首先需要可以下载数据的网络环境，其次短时间内没有可供下载的星历和时钟文件，快的预报星历也要4个小时才能下载且精度很低，精度高的精密星历要14天才能下载，均不满足应急要求；而前者则可以在飞机降落时就提供数据，避免了下载数据的耗时。

发明内容

本发明的目的是提供一种有人机应急遥感监测的方法及装置，能够在飞行过程中确定受灾情况，并获取受灾区域的经纬度坐标，将这些信息通过通讯设备发送给地面救灾人员，地面人员就能及时开展救援；飞机降落后还能在机上就地快速地进行数据深加工，获取更高精度、质量的数据，也节省了往返宾馆及在宾馆处理数据的时间。本发明架设GNSS基站记录静态GNSS数据，是为了便于快速做IPAS差分处理(IMU/DGNSS处理)生成SOL文件，如果没有基站数据，使用PPP(Precise Point Positioning，单点精密定位)技术其实也可以来做IPAS处理生成SOL文件，但首先需要可以下载数据的网络环境，其次短时间内没有可供下载的星历和时钟文件，快的预报星历也要4个小时才能下载且精度很低，精度高的精密星历要14天才能下载，均不满足应急要求。因此，本发明能比无人机遥感、卫星遥感及现有的有人机遥感更快地完成应急遥感监测任务，工作效率得以提高。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种有人机应急遥感监测的方法，有以下步骤：

1)飞机应急飞行前在机场附近架设2个或2个以上GNSS基站，同时打开GNSS接收机并记录静态GNSS数据；

2)在应急飞行过程中，通过ADS80相机系统显示屏直接观测灾区实时受灾情况，分别记录不同严重程度的受灾情况及对应的数据获取时间，制作灾情序列表；

3)机上作业完成后准备返航时，关闭ADS80相机系统，取出硬盘，连上并打开机上电脑，使用软件Xpro获取影像原始数据和IPAS原始数据，影像原始数据包括飞行的所有航带L_i(i＝1,2,3……)，飞每条航带都需要耗时，因此每条航带都对应着一个时间段，飞行时刻T_i(i＝1,2,3……)均处于这些时间段中。根据灾情序列表，找到时刻T₁,T₂,T₃……所在时间段对应的航带L₁,L₂,L₃……，依次生成0级影像，结合0级影像和实时轨迹文件生成并解译所飞航带的快视图1级影像，获取灾区经纬度坐标；

4)使用机上通讯设备将受灾区域的状况及坐标信息发送给地面救灾人员；

5)地面工作人员得知飞机即将降落后，关掉GNSS基站，将GNSS基站数据拷出，等待飞机降落；

6)飞机降落，地面工作人员将GNSS基站数据交给机上作业人员，机上作业人员使用IPAS TC软件，结合IPAS原始数据和GNSS基站数据做IPAS差分处理，解算生成SOL文件；

7)机上作业人员结合0级影像和SOL文件，根据灾情序列表，找到时刻T₁,T₂,T₃……所在时间段对应的航带L₁,L₂,L₃……，依次生成不同分辨率的1级影像，并将其拷出来现场移交给地面救灾人员。

其中，所述步骤2)的受灾情况包括地震、山体滑坡、泥石流、洪水、火灾等灾情以及类似“SOS”这样的求救信号。

其中，所述步骤2)的灾情序列表制作方法是：ADS80相机系统的传感器头内部安装有摄像头，当处于灾区上空时，可以对灾区进行摄像，并实时显示在电脑显示屏上，通过电脑识别或机上作业人员识别显示屏的图像内容记录下灾区不同的受灾情况M_i(i＝1,2,3……)及当时的飞行时刻T_i(i＝1,2,3……)，将受灾情况汇总，按照严重程度由重到轻制作灾情序列表，即：

其中，所述步骤3)中的影像原始数据包括所有航线的红色下视、红色后视、绿色下视、绿色后视、蓝色下视、蓝色后视、近红外下视、近红外后视、全色前视、全色下视、全色后视的十一个波段；所述步骤3)中的IPAS数据包括所有航线的位置和姿态数据；所述步骤3)中的0级影像是指从影像原始数据中生成红色下视、绿色下视、蓝色下视三个波段的栅格影像；所述步骤3)中的实时轨迹文件是指所有航线实时的位置姿态数据，其精度低于SOL文件的精度；所述步骤3)中的快视图1级影像是指利用实时轨迹文件对0级影像进行几何纠正所即时生成的带有坐标信息的栅格影像，包括黑白、真彩色两种影像。

其中，所述步骤4)中的机上通讯设备是指手机。

其中，所述步骤6)中的SOL文件是指使用IPAS TC软件对IPAS原始数据和GNSS基站数据经过紧耦合、优化平滑等解算后生成的所有航带的位置姿态数据。

其中，所述步骤7)中的1级影像是指利用SOL文件对0级影像进行几何纠正所生成的带有坐标信息的栅格影像，包括黑白、真彩色两种影像。

其中，所述步骤3)中的快视图1级影像和所述步骤7)中的1级影像均是针对0级影像进行几何纠正，快视图1级影像的精度要低于1级影像。几何纠正的目的是为了消除ADS80相机因姿态的不平稳产生的影像变形，几何纠正的实质是要解决0级与1级两个二维影像平面之间的点集的映射问题，该映射问题能应用摄影测量学中的共线方程加以解决：

设地面点P在焦平面坐标系中的坐标为p′(x,y)，在0级影像上的像点为p⁰(s,l)，在1级影像上的像点为p¹(s,l)，则利用p⁰(s,l)计算p¹(s,l)要经过以下三步：

(1)利用相机检校数据计算0级影像像点p⁰(s,l)的焦平面坐标p′(x，y)：

其中，x_cal和y_cal存储的是从相机检校文件中读取的各CCD单元在焦平面坐标系中的物理位置；

int表示取整，

(2)利用共线方程计算p′(x,y)的物方坐标P(X,Y,Z)：

其中,外方位元素利用

在位置姿态文件中内插得到，物方坐标P_Z为校正平面高度，即P_Z＝H；f是相机焦距。

a_i,b_i,c_i(i＝1,2,3)是指影像的3个外方位角元素组成的9个方向余弦。

(3)利用校正参数P计算在1级影像上的像点坐标：

其中，N为1级影像的行数；m是比例因子，m＝1；X₀，Y₀是平移量，即1级影像左下角点的物方坐标；α是旋转角，即将航线旋转到东西方向的转角，m，X₀，Y₀，α均是校正参数。

本发明的一种有人机应急遥感监测的装置，包括GNSS卫星、GNSS基站、有人飞机、ADS80相机系统、机上电脑、逆变器及手机。所述ADS80相机系统由传感器头、陀螺稳定座架、控制单元、显示屏和GNSS天线组成，传感器头与陀螺稳定座架连接，传感器头与控制单元连接，控制单元与显示屏连接，控制单元与GNSS天线连接，传感器头、陀螺稳定座架、控制单元和显示屏安装在有人飞机内部，GNNS天线安装于有人飞机顶部，机上电源提供28V直流电，给ADS80相机系统供电，逆变器与飞机机上电源连接，输出220V交流电，给机上电脑供电，机上电脑与逆变器连接，手机通过无线网络向地面救灾人员发送信息，GNSS基站通过GNSS天线接收GNSS卫星发送的信号，ADS80相机系统通过GNSS天线接收GNSS卫星发送的信号。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：

1、通过机上数据处理及图像解译，可以在飞行过程中确定受灾情况并获取受灾区域的经纬度坐标，将这些信息通过通讯设备发送给地面救灾人员，地面人员就可以及时开展救援；这种在飞机上使用遥感技术进行位置确认的方法比使用摄像机航拍进行位置确认的方法精度更高；

2、飞机降落后还可以在机上就地进行数据深加工，获取更高精度、质量的数据，也节省了往返宾馆及在宾馆处理数据的时间；

3、架设GNSS基站记录静态GNSS数据，是为了便于快速做IPAS差分处理(IMU/DGNSS处理)生成SOL文件，如果没有基站数据，使用PPP(Precise Point Positioning，单点精密定位)技术其实也可以来做IPAS处理生成SOL文件，但首先需要可以下载数据的网络环境，其次短时间内没有可供下载的星历和时钟文件，快的预报星历也要4个小时才能下载且精度很低，精度高的精密星历要14天才能下载，均不满足应急要求。

该发明能比无人机遥感、卫星遥感及现有的有人机遥感更快地完成应急遥感监测任务，能够得到两种成果：1.灾区位置的精确、及时通报；2.快速获取的高精度遥感图像。因此，工作效率得以提高。

附图说明

图1为本发明的作业流程图；

图2为本发明飞机内部示意图；

图3为本发明系统整体示意图。

图中，1、机上作业人员座位；2、ADS80相机显示屏；3、ADS80相机；4、机上电脑；5、逆变器；6、机上电源；7、飞行员座位；8、GNSS卫星；9、有人飞机；10、ADS80相机系统的GNSS天线；11、GNSS基站；12、GNSS基站的GNSS天线；13、地面。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见附图1-图3，本发明的一种有人机应急遥感监测的方法，有以下步骤：

1)应急飞行前在机场附近架设2个或2个以上GNSS基站，同时打开GNSS接收机并记录静态GNSS数据；理论上只需要一个GNSS基站，但是为了保险起见，最好是多架设几个基站。架设GNSS基站记录静态GNSS数据，是为了便于快速做IPAS差分处理(IMU/DGNSS处理)生成SOL文件，如果没有基站数据，使用PPP(Precise Point Positioning，单点精密定位)技术其实也能来做IPAS处理生成SOL文件，但首先需要可以下载数据的网络环境，其次短时间内没有可供下载的星历和时钟文件，快的预报星历也要4个小时才能下载且精度很低，精度高的精密星历要14天才能下载，均不满足应急要求；

2)在应急飞行过程中，通过ADS80相机系统显示屏直接观测灾区实时受灾情况，分别记录不同严重程度的受灾情况及对应的数据获取时间，制作灾情序列表；ADS80相机类似于一个黑匣子，目前不能通过外接数据线等手段在飞行过程中边记录数据边处理数据，只能等确定返航后，关机，取出硬盘，再使用机上电脑处理数据；在空中通过ADS80相机的显示屏看到灾区某处的受灾状况时，用手持GPS设备可以记录此时飞机所在位置的经纬度坐标，但由于飞机飞行速度快，机上记录下来的坐标可能已经与灾区该处相去甚远，所以还是需要通过机上电脑处理才能得到精确的位置坐标。

3)机上作业完成后准备返航时，关闭ADS80相机系统，取出硬盘，连上并打开机上电脑，使用软件Xpro获取影像原始数据和IPAS原始数据，影像原始数据包括飞行的所有航带L_i(i＝1,2,3……)，飞每条航带都需要耗时，因此每条航带都对应着一个时间段，飞行时刻T_i(i＝1,2,3……)均处于这些时间段中。根据灾情序列表，找到时刻T₁,T₂,T₃……所在时间段对应的航带L₁,L₂,L₃……，依次生成0级影像，结合0级影像和实时轨迹文件生成并解译所飞航带的快视图1级影像，获取灾区经纬度坐标；机上电脑必须安装徕卡公司的Xpro软件，还必须安装有能够读取MM80的适配网卡，这样才能够连接上MM80并读取里面的原始数据；使用Xpro软件能得到ADS80相机的影像原始数据和IPAS原始数据，影像原始数据能解压成0级影像，同时能获取实时轨迹文件，结合0级影像就能浏览所飞航带的快视图1级影像，于是在机上就能快速确定受灾情况并获取受灾区域的经纬度坐标。

4)使用机上通讯设备将受灾区域的状况及坐标信息发送给地面救灾人员；有人机应急遥感监测一般需要在低空飞行：1.为了防止云层遮挡，2.为了得到较高分辨率的影像，3.由于是低空，在空中有手机信号，灾区的情况描述信息与坐标信息数据量小，便于发送；

5)地面工作人员得知飞机即将降落后，关掉GNSS基站，将GNSS基站数据拷出，等待飞机降落；

6)飞机降落，地面工作人员将GNSS基站数据交给机上作业人员，机上作业人员使用徕卡公司的IPAS TC软件，结合IPAS原始数据和GNSS基站数据做IPAS差分处理，解算生成SOL文件；飞机降落后，发动机不能停，还需要继续给机上电脑供电用于数据后处理。

7)机上作业人员结合0级影像和SOL文件，根据灾情序列表，找到时刻T₁,T₂,T₃L L所在时间段对应的航带L₁,L₂,L₃L L，依次生成不同分辨率的带有坐标信息的1级影像，并将其拷出来现场移交给地面救灾人员；至此，所有工作均在从测区到机场这个范围内完成了，省去了往返宾馆及在宾馆处理数据的时间。

其中，所述步骤2)的受灾情况包括地震、山体滑坡、泥石流、洪水、火灾等灾情以及类似“SOS”这样的求救信号。

其中，所述步骤2)的灾情序列表制作方法是：ADS80相机系统的传感器头内部安装有摄像头，当处于灾区上空时，能对灾区进行摄像，并实时显示在电脑显示屏上，通过电脑识别或机上作业人员识别显示屏的图像内容记录下灾区不同的受灾情况M_i(i＝1,2,3……)及当时的飞行时刻T_i(i＝1,2,3……)，将受灾情况汇总，按照严重程度由重到轻制作灾情序列表，即：

灾区不同的受灾情况M_i(i＝1,2,3……)包括水淹面积、房屋倒塌面积、过火面积、泥石流面积等。

通过电脑识别显示屏的图像内容的方法：确定图像中待识别的特征区域，识别出待识别的特征区域的颜色或图像图形；且与在先的受灾类型的图像颜色样本或图像图形样本对比，确定受灾面积、类型。所述受灾类型的颜色样本包括水淹面积的在先图像颜色样本、过火面积的在先图像颜色样本、泥石流区域的图像图形样本。

其中，所述步骤3)中的影像原始数据包括所有航线的红色下视、红色后视、绿色下视、绿色后视、蓝色下视、蓝色后视、近红外下视、近红外后视、全色前视、全色下视、全色后视的十一个波段；所述步骤3)中的IPAS数据包括所有航线的位置和姿态数据；所述步骤3)中的0级影像是指从影像原始数据中生成红色下视、绿色下视、蓝色下视三个波段的栅格影像；所述步骤3)中的实时轨迹文件是指所有航线实时的位置姿态数据，其精度低于SOL文件的精度；所述步骤3)中的快视图1级影像是指利用实时轨迹文件对0级影像进行几何纠正所即时生成的带有坐标信息的栅格影像，包括黑白、真彩色两种影像；

其中，所述步骤4)中的机上通讯设备是指手机；在机上能使用短信及聊天软件的多种通讯手段同时发送相关信息，确保信息完整性。

其中，所述步骤6)中的SOL文件是指使用IPAS TC软件对IPAS原始数据和GNSS基站数据经过紧耦合、优化平滑的解算后生成的所有航带的位置姿态数据；

其中，所述步骤7)中的1级影像是指利用SOL文件对0级影像进行几何纠正所生成的带有坐标信息的栅格影像，包括黑白、真彩色两种影像；

其中，所述步骤3)中的快视图1级影像和所述步骤7)中的1级影像均是针对0级影像进行几何纠正，快视图1级影像的精度要低于1级影像；几何纠正的目的是为了消除ADS80相机因姿态的不平稳产生的影像变形，几何纠正的实质是要解决0级与1级两个二维影像平面之间的点集的映射问题，该映射问题能应用摄影测量学中的共线方程加以解决：

设地面点P在焦平面坐标系中的坐标为p′(x,y)，在0级影像上的像点为p⁰(s,l)，在1级影像上的像点为p¹(s,l)，则利用p⁰(s,l)计算p¹(s,l)要经过以下三步：

(1)利用相机检校数据计算0级影像像点p⁰(s,l)的焦平面坐标p′(x，y)：

其中，x_cal和y_cal存储的是从相机检校文件中读取的各CCD单元在焦平面坐标系中的物理位置；

int表示取整，

(2)利用共线方程计算p′(x,y)的物方坐标P(X,Y,Z)：

其中,外方位元素利用

在位置姿态文件中内插得到，物方坐标P_Z为校正平面高度，即P_Z＝H；f是相机焦距。

a_i,b_i,c_i(i＝1,2,3)是指影像的3个外方位角元素组成的9个方向余弦。

(3)利用校正参数P计算在1级影像上的像点坐标：

其中，N为1级影像的行数；m是比例因子，m＝1；X₀，Y₀是平移量，即1级影像左下角点的物方坐标；α是旋转角，即将航线旋转到东西方向的转角，m，X₀，Y₀，α均是校正参数。

本发明的一种有人机应急遥感监测的装置，包括GNSS卫星、GNSS基站、有人飞机、ADS80相机系统、机上电脑、逆变器及手机。所述ADS80相机系统由传感器头、陀螺稳定座架、控制单元、显示屏和GNSS天线组成，传感器头与陀螺稳定座架连接，传感器头与控制单元连接，控制单元与显示屏连接，控制单元与GNSS天线连接，传感器头、陀螺稳定座架、控制单元和显示屏安装在有人飞机内部，GNNS天线安装于有人飞机顶部，机上电源提供28V直流电，给ADS80相机系统供电，逆变器与飞机机上电源连接，输出220V交流电，给机上电脑供电，机上电脑与逆变器连接，手机通过无线网络向地面救灾人员发送信息，GNSS基站通过GNSS天线接收GNSS卫星发送的信号，ADS80相机系统通过GNSS天线接收GNSS卫星发送的信号。

其中，地面工作人员负责GNSS基站架设及数据记录，地面救灾人员负责决策、指挥救灾，机上作业人员负责ADS80相机操作及数据处理，机上作业人员还包括图像解译人员，能够实时生成并解译灾区快视图1级影像并精准确认优先救灾区域；

其中，机上电脑是指图形工作站，安装有Xpro、IPAS TC等软件。

GNSS：即Global Navigation Satellite System的缩写，即全球导航卫星系统。早在20世纪90年代中期开始，欧盟为了打破美国在卫星定位、导航、授时市场中的垄断地位，获取巨大的市场利益，增加欧洲人的就业机会，一直在致力于民用全球导航卫星系统计划，称之为Global Navigation Satellite System。该计划分两步实施：第一步是建立一个综合利用美国的GNSS卫星和俄罗斯的GLONASS系统的第一代全球导航卫星系统(当时称为GNSS-1，即后来建成的EGNOS)；第二步是建立一个完全独立于美国的GNSS卫星和俄罗斯的GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统，即正在建设中的Galileo卫星导航定位系统。由此可见，GNSS从一问世起，就不是一个单一星座系统，而是一个包括GNSS、GLONASS等在内的综合星座系统；差分GNSS指通过利用位置已知的参考GNSS接收机的额外数据来减小GNSS卫星或GLONASS系统定位误差的一项技术。

IMU/DGNSS：利用装在飞机上的GNSS接收机和设在地面上的一个或多个基站上的GNSS接收机同步而连续地观测GNSS卫星信号，通过GNSS载波相位测量差分定位技术获取航摄仪的位置参数，应用与航摄仪紧密固连的高精度惯性测量单元(IMU，InertialMeasurementUint)直接测定航摄仪的姿态参数，通过IMU、DGNSS数据的联合后处理技术获得测图所需的每张像片高精度外方位元素的航空摄影测量理论技术和方法。

PPP：利用全球若干地面跟踪站的GNSS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差,对单台GNSS接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。

预报星历：又叫广播星历。通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。相应参考历元的卫星开普勒轨道参数也叫参考星历。参考星历只代表卫星在参考历元的轨道参数,但是在摄动力的影响下，卫星的实际轨道随后将偏离参考轨道。

精密星历：是一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对GNSS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。由于这种星历是在事后向用户提供的在其观测时间内的精密轨道信息，因此称为后处理星历或精密星历。这种星历不是通过GNSS卫星的导航电文向用户传递，而是利用磁带或通过电视、电传、卫星通讯等方式有偿地为所需要的用户服务。

ADS80相机：ADS80相机是2008年由瑞士徕卡公司和德国宇航中心DLR联合研制的，基于线阵CCD技术的，集成了高精度的惯性导航定向系统(IMU)和全球导航卫星系统(GNSS)的推扫式机载数字航空摄影测量数码相机。ADS80采用12000个像元的三线阵CCD扫描和专业的单一大孔径焦阑镜头，一次飞行就可以同时获取前视、下视和后视的具有100％三度重叠、连续无缝的、具有相同影像分辨率和良好光谱特性的全色立体影像、彩色影像及彩红外影像。ADS80相机系统中的控制单元和传感器头都是由瑞士徕卡公司和德国宇航中心DLR联合研制的ads80相机系统专用的设备。

IPAS：IPAS20设备的简称，是瑞士徕卡公司推出的惯性导航定位定向系统。在ADS80机载数字航空摄影测量系统集成了IPAS20，且可以作为其它机载测量系统的OEM系统进行应用。目前，可以兼容多种类型的IMU设备。IPAS在各种不同制图项目中，降低了空三加密的需要，减少对地面控制点的需求，方便了数据生产质量的控制。它能够直接获取航空摄影测量数据的外定向元素，高速和高精度的时候处理定位、速度、俯仰、滚动和偏流数据，IPAS在航空数据生产中极大地节约了时间和成本，提高了项目进行的效率。

IPAS TC软件：即瑞士徕卡公司处理IPAS原始数据的软件。

Xpro软件：即瑞士徕卡公司处理ADS80相机数据的软件。

MM80：Mass Memory80的简称，用于存储ADS80相机原始数据的移动硬盘。

紧耦合：IMU与GNSS的一种集成方式，在该集成中，GNSS的伪距测量值和伪距率测量值与IMU系统生成的这些量的估值进行比较，实现双方向信息传输，即一方面GNSS信号用于修正IMU；另一方面，IMU信号在卫星星历的辅助下，也用于计算载体相对于GNSS卫星的伪距和伪距率，并用该信息辅助GNSS信号的接收和锁相过程，以提高GNSS的接收精度和动态性能。

CCD：英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。

物方坐标：地物点在地面测量坐标系或地面摄影测量坐标系中的坐标。

方向余弦：在解析几何里，一个向量的三个方向余弦分别是这个向量与三个坐标轴之间的角度的余弦。两个向量之间的方向余弦指的是这两个向量之间的角度的余弦。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种有人机应急遥感监测的方法，其特征在于有以下步骤：

1)飞机应急飞行前在机场附近架设2个或2个以上GNSS基站，同时打开GNSS接收机并记录静态GNSS数据；

2)在应急飞行过程中，通过ADS80相机系统显示屏直接观测灾区实时受灾情况，分别记录不同严重程度的受灾情况及对应的数据获取时间，制作灾情序列表；

3)机上作业完成后准备返航时，关闭ADS80相机系统，取出硬盘，连上并打开机上电脑，使用软件Xpro获取影像原始数据和IPAS原始数据，影像原始数据包括飞行的所有航带L_i，i＝1,2,3……，飞每条航带都需要耗时，因此每条航带都对应着一个时间段，飞行时刻T_i，i＝1,2,3……，均处于这些时间段中；根据灾情序列表，找到时刻T₁,T₂,T₃……，所在时间段对应的航带L₁,L₂,L₃……，依次生成0级影像，结合0级影像和实时轨迹文件生成并解译所飞航带的快视图1级影像，获取灾区经纬度坐标；

4)使用机上通讯设备将受灾区域的状况及坐标信息发送给地面救灾人员；

5)地面工作人员得知飞机即将降落后，关掉GNSS基站，将GNSS基站数据拷出，等待飞机降落；

6)飞机降落，地面工作人员将GNSS基站数据交给机上作业人员，机上作业人员使用IPAS TC软件，结合IPAS原始数据和GNSS基站数据做IPAS差分处理，解算生成SOL文件；

7)机上作业人员结合0级影像和SOL文件，根据灾情序列表，找到时刻T₁,T₂,T₃……所在时间段对应的航带L₁,L₂,L₃……，依次生成不同分辨率的1级影像，并将其拷出来现场移交给地面救灾人员。

2.如权利要求1所述的一种有人机应急遥感监测的方法，其特征在于：所述步骤2)的灾情序列表制作方法是：ADS80相机系统的传感器头内部安装有摄像头，当处于灾区上空时，能对灾区进行摄像，并实时显示在电脑显示屏上，通过电脑识别或机上作业人员识别显示屏的的图像内容记录下灾区不同的受灾情况M_i，i＝1,2,3……及当时的飞行时刻T_i，i＝1,2,3……，将受灾情况汇总，按照严重程度由重到轻制作灾情序列表，即：

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3.如权利要求1所述的一种有人机应急遥感监测的方法，其特征在于：所述步骤3)中的影像原始数据包括所有航线的红色下视、红色后视、绿色下视、绿色后视、蓝色下视、蓝色后视、近红外下视、近红外后视、全色前视、全色下视、全色后视的十一个波段；所述步骤3)中的IPAS数据包括所有航线的位置和姿态数据；所述步骤3)中的0级影像是指从影像原始数据中生成红色下视、绿色下视、蓝色下视三个波段的栅格影像；所述步骤3)中的实时轨迹文件是指所有航线实时的位置姿态数据，其精度低于SOL文件的精度；所述步骤3)中的快视图1级影像是指利用实时轨迹文件对0级影像进行几何纠正所即时生成的带有坐标信息的栅格影像，包括黑白、真彩色两种影像。

4.如权利要求1所述的一种有人机应急遥感监测的方法，其特征在于：所述步骤4)中的机上通讯设备是指手机。

5.如权利要求1所述的一种有人机应急遥感监测的方法，其特征在于：所述步骤6)中的SOL文件是指使用IPAS TC软件对IPAS原始数据和GNSS基站数据经过紧耦合、优化平滑解算后生成的所有航带的位置姿态数据。

6.如权利要求1所述的一种有人机应急遥感监测的方法，其特征在于：所述步骤7)中的1级影像是指利用SOL文件对0级影像进行几何纠正所生成的带有坐标信息的栅格影像，包括黑白、真彩色两种影像。

7.如权利要求1所述的一种有人机应急遥感监测的方法，其特征在于：所述步骤3)中的快视图1级影像和所述步骤7)中的1级影像均是针对0级影像进行几何纠正，快视图1级影像的精度要低于1级影像，几何纠正的目的是为了消除ADS80相机因姿态的不平稳产生的影像变形，几何纠正的实质是要解决0级与1级两个二维影像平面之间的点集的映射问题，该映射问题能应用摄影测量学中的共线方程加以解决：

设地面点P在焦平面坐标系中的坐标为p′(x,y)，在0级影像上的像点为p⁰(s,l)，在1级影像上的像点为p¹(s,l)，则利用p⁰(s,l)计算p¹(s,l)要经过以下三步：

(1)利用相机检校数据计算0级影像像点p⁰(s,l)的焦平面坐标p′(x,y)：

其中，x_cal和y_cal存储的是从相机检校文件中读取的各CCD单元在焦平面坐标系中的物理位置；

int表示取整，

(2)利用共线方程计算p′(x,y)的物方坐标P(X,Y,Z)：

其中,外方位元素利用

在位置姿态文件中内插得到，物方坐标P_Z为校正平面高度，即P_Z＝H；f是相机焦距，

a_i,b_i,c_i，i＝1,2,3是指影像的3个外方位角元素组成的9个方向余弦，

(3)利用校正参数计算P在1级影像上的像点坐标：

其中，N为1级影像的行数；m是比例因子，m＝1；X₀，Y₀是平移量，即1级影像左下角点的物方坐标；α是旋转角，即将航线旋转到东西方向的转角，m，X₀，Y₀，α均是校正参数。

8.一种有人机应急遥感监测的装置，其特征在于：包括GNSS卫星、GNSS基站、有人飞机、ADS80相机系统、机上电脑、逆变器及手机，所述ADS80相机系统由传感器头、陀螺稳定座架、控制单元、显示屏和GNSS天线组成，传感器头与陀螺稳定座架连接，传感器头与控制单元连接，控制单元与显示屏连接，控制单元与GNSS天线连接，传感器头、陀螺稳定座架、控制单元和显示屏安装在有人飞机内部，GNNS天线安装于有人飞机顶部，机上电源提供28V直流电，给ADS80相机系统供电，逆变器与飞机机上电源连接，输出220V交流电，给机上电脑供电，机上电脑与逆变器连接，手机通过无线网络向地面救灾人员发送信息，GNSS基站通过GNSS天线接收GNSS卫星发送的信号，ADS80相机系统通过GNSS天线接收GNSS卫星发送的信号。

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