CN114234928A - 一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，包括步骤1：测量区的基本资料获取，步骤2：作业准备、航线设计及航飞，步骤3：内业数据处理，步骤4：地形图精度评定。本发明通过将测量区域进行科学划分测量摄影，解决了无人机航程小，无人机续航时间短的问题，同时在对划分后的航摄分区进行更为精确的拍摄任务，省略了像控点的布设和测量，并且内业数据处理采用了计算机自动完成拼接等关键步骤，大大地提高了工作的效率，缩短了任务周期，降低了野外人员的工作量和强度，采用GPS RTK(网络模式)采集外业数据，通过对测区内多个平面特征点和多个高程点与影像处理后的数据进行误差对比，确保影像数据精度。
Description
技术领域
本发明涉及摄影测量技术领域，尤其涉及一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法。
背景技术
随着无人机航测近年来得到了测绘行业的广泛应用和认可，是基础测绘、国土资源调查、地质勘测等重要领域的数据采集手段。传统的无人机航摄系统需要一定数量的像片控制点，这些像片控制点是通过解析空中三角测量的方法来获得的，而解析空中三角测量所需要的外业控制点是由人员在实地结合地形控制测量的方法得到的。但是如果按照传统航空摄影测量加密方式，不仅需要布设较多的像控点，还会成倍增加像控联测的野外测量工作量，特别是对于丘陵、山区、森林等一些人员很难进入的地区，其控制点的布设变得尤为困难，从而也大大限制了无人机航摄系统的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法。
本发明通过以下技术方案实现的：本发明提出一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：测量区的基本资料获取；
步骤1.1：根据高程数据的Google影像为基础，根据测量区域地形情况、起飞场地情况以及摄影分辨率要求等因素，布设多条扫描航线站点从空中获得目标完整全景粗扫图。
步骤2：作业准备、航线设计及航飞；
步骤2.1：根据无人机每架次航摄时间及有效航摄面积，将测量区的全景粗扫图科学划分为N个航摄分区；
步骤2.2：航线设计：航向重叠度为70％，旁向重叠度为60％，航摄影像地面分辨率为2cm；
步骤2.3：航飞作业采用了高频率、高精度GPS实时差分技术，可利用飞控软件按照项目要求进行航线设计；
步骤2.4:由无人机设有的航摄系统沿航线对测量区域进行航拍，航摄系统结合POS系统，POS系统集DGPS技术和惯性导航系统(INS)技术于一体，主要包括GPS信号接收机和惯性测量装置(IMU)两部分，为GPS/IMU集成系统；
步骤3：内业数据处理；
步骤3.1：航飞结束后将无人机将获取的影像数据及POS数据导入数据初处理软件完成影像匹配预处理，而后导入数据后处理软件；
步骤3.2：数据后处理软件中，设置参数构建实景三维模型；
步骤4：地形图精度评定：
步骤4.1：地形图精度检查采用GPS RTK(网络模式)采集外业数据，对测区内设置M个特征点进行了采集(包括平面特征点和高程点)，平面特征点主要选取较为明显、易于观测的点，包括道路夹角、墙体拐角、桥头和一些无房檐遮挡的房角等，高程检测点主要选取硬化道路中心点等，数据采集时RTK为稳定的固定解状态，将检核数据与DLG中对应地物点平面位置坐标数据或高程数据进行统计、比较。
一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.3.1：航飞结合地面监控系统，地面监控系统包括地面监控软件和无线遥控器等。通过地面监控软件实时监控无人机的飞行高度、航迹、飞行姿态等数据，实时解无人机的飞行状况；
步骤2.4.1：无人机倾斜摄影测量作业搭载非量测数码相机，采用分区域数据采集的方式同时从垂直和多个倾斜角度获取多视角倾斜影像；
步骤2.4.2：航摄仪以相幅大小为4896×3264像素，相机焦距为16mm，像素大小为4.2μm，影像清晰、反差适中、色调柔和、色彩平衡设置。
一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.2.1：数据后处理软件中设置好坐标系统、中央子午线、投影方法、数据处理精度，选择生成的产品种类、格式，运行数据处理即可；
步骤3.3.1：基于步骤3.2.1中，影像进行分架次处理，产品种类主要有:真正射影像、DEM、密集点云、DSM，利用EPT可对TDOM进行镶嵌和分幅。
本发明的有益效果：
1、本发明省略了像控点的布设和测量，并且内业数据处理采用了计算机自动完成拼接等关键步骤，大大地提高了工作的效率，缩短了任务周期，降低了野外人员的工作量和强度；
2、本发明通过将测量区域进行科学划分测量摄影，解决了无人机航程小，无人机续航时间短的问题，同时在对划分后的航摄分区进行更为精确的拍摄任务；
3、本发明地形图精度检查采用GPS RTK(网络模式)采集外业数据，通过对测区内多个平面特征点和多个高程点与影像处理后的数据进行误差对比，确保影像数据精度。
附图说明
图1为本发明的一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法的流程图。
具体实施方式
为了更加清楚完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提出一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：测量区的基本资料获取；
步骤1.1：根据软件MAVinci浏览自动下载带有高程数据的Google影像为基础，根据测量区域地形情况、起飞场地情况以及摄影分辨率要求等因素，布设多条扫描航线站点从空中获得目标完整全景粗扫图。
步骤2：作业准备、航线设计及航飞；
步骤2.1：根据无人机每架次航摄时间及有效航摄面积，无人机的航飞有效面积为0.7km2，航飞时间30min，将测量区的全景粗扫图科学划分为N个航摄分区，以测量区面积为12km2为例，需要将测量区科学的分隔为17个航摄分区，再有无人机分别对各个航摄分区进行航摄；
步骤2.2：航线设计：航向重叠度为70％，旁向重叠度为60％，航摄影像地面分辨率为2cm；
步骤2.3：航飞作业采用了高频率、高精度GPS实时差分技术，可利用MAVinciDesktop飞控软件按照项目要求进行航线设计，无人机由自驾仪、GPS/IMU惯性导航系统、GPS接收机等组成，可实现无人机的姿态、航高、速度、航向的控制及各个参数的传输，方便地面人员实时监控无人机飞行信息，具有手动、辅助和全自动飞行控制模式，可以有效的使无人机按照预定的飞行路线平稳飞行。
步骤2.4:由无人机设有的航摄系统沿航线对测量区域进行航拍，航摄系统结合POS系统，POS系统集DGPS技术和惯性导航系统(INS)技术于一体，主要包括GPS信号接收机和惯性测量装置(IMU)两部分，为GPS/IMU集成系统，在已知GPS天线相位中心，IMU以及航摄仪三者的空间位置关系，通过GPS载波相位差分定位获取航摄仪的空间位置参数以及IMU获取无人机侧滚角、俯仰角和航偏角，获取航空影像曝光瞬间摄站三维空间坐标和航摄仪的姿态角，经过对系统误差的检校，便可直接获得影像外方位元素，从而实现无像控便可恢复航空摄像的成像过程；
步骤3：内业数据处理；
步骤3.1：航飞结束后将无人机将获取的影像数据及POS数据导入MAVinci数据初处理软件完成影像匹配预处理，而后导入数据后处理软件；
步骤3.2：数据后处理软件Agisoft PhotoScan Pro中，设置参数构建实景三维模型；
步骤4：地形图精度评定：
步骤4.1：地形图精度检查采用GPS RTK(网络模式)采集外业数据，对测区内200个特征点进行了采集(包括107个平面特征点和93个高程点)。平面特征点主要选取较为明显、易于观测的点，包括道路夹角、墙体拐角、桥头和一些无房檐遮挡的房角等；高程检测点主要选取硬化道路中心点等，数据采集时RTK为稳定的固定解状态，将检核数据与DLG中对应地物点平面位置坐标数据或高程数据进行统计、比较。对比数据误差表如下：
DLG平面精度统计
DLG高程精度统计
| 序号 | 误差 | 序号 | 误差 | 序号 | 误差 | 序号 | 误差 |
| 1 | -0.16 | 11 | 0.15 | 21 | 0.20 | 31 | 0.30 |
| 2 | -0.12 | 12 | 0.16 | 22 | -0.18 | 32 | 0.28 |
| 3 | -0.15 | 13 | -0.17 | 23 | -0.18 | 33 | 0.25 |
| 4 | -0.14 | 14 | -0.15 | 24 | -0.17 | 34 | -0.15 |
| 5 | -0.13 | 15 | -0.14 | 25 | -0.15 | 35 | -0.12 |
| 6 | -0.11 | 16 | -0.13 | 26 | -0.13 | 36 | -0.13 |
| 7 | -0.10 | 17 | -0.16 | 27 | -0.18 | 37 | -0.15 |
| 8 | 0.15 | 18 | -0.17 | 28 | -0.11 | 38 | -0.12 |
| 9 | 0.18 | 19 | -0.18 | 29 | 0.17 | 39 | -0.13 |
| 10 | 0.20 | 20 | 0.10 | 30 | 0.16 | 40 | -0.20 |
计算出DLG平面位置中误差为0.15m，高程中误差为0.15m，满足设计要求。
作为优选的，步骤2还包括以下步骤：
步骤2.3.1：航飞结合地面监控系统，地面监控系统包括地面监控软件和无线遥控器等。地面监控软件为MAVinci软件，通过它可以实时监控无人机的飞行高度、航迹、飞行姿态等数据，确保地面监控人员能及时了解无人机的飞行状况，保证飞行任务的顺利完成；
步骤2.4.1：无人机倾斜摄影测量作业搭载非量测数码相机，采用分区域数据采集的方式同时从垂直和多个倾斜角度获取多视角倾斜影像，突破传统航测从垂直角度拍摄的局限，获取建筑物顶面和立面数据作为分区域影像；
步骤2.4.2：航摄仪以相幅大小为4896×3264像素，相机焦距为16mm，像素大小为4.2μm，影像清晰、反差适中、色调柔和、色彩平衡设置。
作为优选的，步骤3还包括以下步骤：
步骤3.2.1：数据后处理软件中设置好坐标系统、中央子午线、投影方法、数据处理精度，选择生成的产品种类、格式，运行数据处理即可；
步骤3.3.1：基于步骤3.2.1中，影像进行分架次处理，产品种类主要有:真正射影像、DEM、密集点云、DSM，利用易拼图(EPT)可对TDOM进行镶嵌和分幅。由于采用一键式内业处理方式，在内业处理时无需人工操作，节省了大量的人力，内业处理时间与计算机配置有关，内业处理时间(包括DEM、DOM、点云数据、影像拼接)总用时为4-5天，利用以上数据生成DSM，通过EPS软件进行后续的数据生成。由于不需要像控点的布设和测量，时间节点上得到了充分利用，只需要把第一天的数据传至数据处理中心，内业处理和DLG的生成便可从第二天开始。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
Claims (3)
1.一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：测量区的基本资料获取；
步骤1.1：根据高程数据的Google影像为基础，根据测量区域地形情况、起飞场地情况以及摄影分辨率要求等因素，布设多条扫描航线站点从空中获得目标完整全景粗扫图。
步骤2：作业准备、航线设计及航飞；
步骤2.1：根据无人机每架次航摄时间及有效航摄面积，将测量区的全景粗扫图科学划分为N个航摄分区；
步骤2.2：航线设计：航向重叠度为70％，旁向重叠度为60％，航摄影像地面分辨率为2cm；
步骤2.3：航飞作业采用了高频率、高精度GPS实时差分技术，可利用飞控软件按照项目要求进行航线设计；
步骤2.4:由无人机设有的航摄系统沿航线对测量区域进行航拍，航摄系统结合POS系统，POS系统集DGPS技术和惯性导航系统(INS)技术于一体，主要包括GPS信号接收机和惯性测量装置(IMU)两部分，为GPS/IMU集成系统；
步骤3：内业数据处理；
步骤3.1：航飞结束后将无人机将获取的影像数据及POS数据导入数据初处理软件完成影像匹配预处理，而后导入数据后处理软件；
步骤3.2：数据后处理软件中，设置参数构建实景三维模型；
步骤4：地形图精度评定：
步骤4.1：地形图精度检查采用GPS RTK(网络模式)采集外业数据，对测区内设置M个特征点进行了采集(包括平面特征点和高程点)，平面特征点主要选取较为明显、易于观测的点，包括道路夹角、墙体拐角、桥头和一些无房檐遮挡的房角等，高程检测点主要选取硬化道路中心点等，数据采集时RTK为稳定的固定解状态，将检核数据与DLG中对应地物点平面位置坐标数据或高程数据进行统计、比较。
2.根据权利要求1所述的一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.3.1：航飞结合地面监控系统，地面监控系统包括地面监控软件和无线遥控器等。通过地面监控软件实时监控无人机的飞行高度、航迹、飞行姿态等数据，实时解无人机的飞行状况；
步骤2.4.1：无人机倾斜摄影测量作业搭载非量测数码相机，采用分区域数据采集的方式同时从垂直和多个倾斜角度获取多视角倾斜影像；
步骤2.4.2：航摄仪以相幅大小为4896×3264像素，相机焦距为16mm，像素大小为4.2μm，影像清晰、反差适中、色调柔和、色彩平衡设置。
3.根据权利要求1所述的一种用于免像控无人机航空摄影的测量方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.2.1：数据后处理软件中设置好坐标系统、中央子午线、投影方法、数据处理精度，选择生成的产品种类、格式，运行数据处理即可；
步骤3.3.1：基于步骤3.2.1中，影像进行分架次处理，产品种类主要有:真正射影像、DEM、密集点云、DSM，利用EPT可对TDOM进行镶嵌和分幅。
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