3无人机数据采集

无人机遥感数据采集主要内容1无人机测图的优势由于采用无人及远距离操作、适合于人无法达到的危险地区作业火山监测滑坡与塌方调查地雷探测冰川与泥石流监测大坝监测雪崩1无人机测图的优势由于体积小、重量轻，一般不算做飞行器受限制小,搬运方便1无人机测图的优势由于飞行高度低,能够获取高分辨率数据在空中飞行,视点高，地面地物遮挡少,便于获取高质量的纹理信息用于3D建模和小范围测图作业1无人机遥感的缺点•装载非专业数码相机•小像幅、小基高比•影像数量多•抗风能力差,稳定性差•重叠度高，偏角大•存在像点位移1无人机遥感的缺点普通定焦型普通单反型数码相机可量测单反型1.1装载非专业数码相机镜头畸变•从左图中的我们直接看出可以看出边缘像片点的镜头畸变值较中间大，而右图给出了镜头畸变大小与点离像主点距离的模拟的函数关系。1无人机遥感的缺点航高H基线B基线B大像幅小像幅相机性能和无人机性能之间的平衡考虑到拍摄响应和实际像幅，不能飞得太低影响到摄影比例尺成图精度1.2小像幅、小基高比1无人机遥感的缺点•像幅小，像片多，影响处理效率，需要更多的控制•举例：对6km2方某地进行航拍，①无人机平台装载Cannon450D相机、全部相片数达1200张①传统航测平台使用DMC相机全部相片不超过300张1.3影像数量多1无人机遥感的缺点•由于体积小飞行中抗风能力差,稳定性差,载重量少1.4抗风能力差,稳定性差1无人机遥感的缺点•航向重叠度能达到70-85%，旁向重叠35-55%，但受相机姿态的影响，所拍摄影像间的预设重叠度无法得到严格保证•相邻影像间很可能存在较大的旋角和上下错动，最大旋转角可能达到20°1.5重叠度高、偏角大为什么要低速？–安全性–像点位移–=v·tt为曝光时间最低航速min2wVscw为无人机重量，s为机翼面积，为空气密度，c为该机型的最大升力系数。1无人机遥感的缺点•摄影相机安装在无人机的移动平台上，在相机曝光时间内飞行器的运动产生的像点位移会造成影像模糊。对于大型专业宽幅量测数码航空相机会通过时间延迟与向前运动补偿来消除像点位移影响。但对于无人机搭载的中幅甚至小幅的非量测相机，这些像点位移是没法得到补偿的。摄影曝光时间误差带来像移将会带来空间分辨率的损失1.6像点位移主要内容2无人机航飞对数据处理影响•大偏角给匹配带来困难•基高比小和大偏角对相对定向的影响•高重叠度的匹配更稳健•像点位移降低了像点量测精度•非专业相机的镜头畸变2.1大偏角给匹配带来困难•由于无人机姿态不稳定的特性，决定了相邻影像间很可能存在较大的旋偏角和上下错动，无法使用传统的灰度影像匹配算法获取同名点，具体在以下三个方面：–像间的左右重叠度和上下重叠度变化大，加上低空遥感影像摄影比例尺大，造成表面不连续地物（如高楼）在影像上的投影差大，因而无法确定匹配的搜索范围；–相邻影像间的旋偏角大，难以进行灰度相关；–飞行器的飞行高度、侧滚角和俯仰角变化大，从而导致影像间的比例尺差异大，降低了灰度相关的成功率和可靠性基于尺度/旋转不变的全自动相对定向(无人机影像–影像旋偏角较大)2.2对相对定向的影响•基高比小：由于无人机获取的影像重叠度大，摄影时的基线短，而基线越短，所成的交会角就会小，极大程度的影响了测图的高程精度，如果仍然按传统方法用相邻影像构成立体相对，高程精度就很难得到保证。一般处理办法是通过隔片构成立体相对，通过增加基线长度和增大前方交会角的方式，提高测图的高程精度。•大偏角：当无人机在几百米高空飞行时，由于其自身的质量较轻、气流影响较大，使其在空中的姿态很不稳定，导致获取的影像存在较大的畸变差，并且相邻影像的亮度、对比度的差距也较大，降低了同名点匹配的数量和精度，而影像的相对定向的精度与匹配特征点的数量和精度密切相关。2.3高重叠度的匹配更稳健•影像的重叠度越大(也即基线越短)，相邻影像间的差异越小，自动匹配越容易，匹配点越多，相对定向的精度也非常好。•随着影像重叠度的减小(也即基线变长)，影像间的差异变大，由姿态引起的影像间的差异比较明显，造成匹配的同名点数不断减少，相对定向精度逐渐降低，在重叠度低于65％时(大于60％)，匹配困难。航向重叠度(%)89.186.380.175.370.065.1自动匹配点数940770645510440348中误差(pixel)0.10.20.30.40.60.82.4像点位移•飞行器的地面速度•相机曝光时间•焦距长度c•飞行器的飞行高度•像元大小像点位移综合分析曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系•相同曝光时间下飞行器运动速度越大,像点位移量越大,影像模糊程度越高；•相同飞行器运动速度下曝光时间越长,像点位移量越大,影像模糊程度越高；•减少曝光时间会相应地减少进光量，这样同样影响影像的拍摄质量；降低飞行速度，顾虑到影像基高比就要相应地增加曝光时间间隔，这样就会影响作业效率；•飞行时既要考虑到像点位移也要考虑作业效率和影像获取的质量，所以需要在曝光时间间隔与飞行器的飞行速度间找到一个最佳值。2.5低空无人机相机标定•二维平面法2.5低空无人机相机标定•室外三维检校场2.5低空无人机相机标定主要内容3无人机航摄计划航测无人机规范•《无人机航摄安全作业基本要求》，编号为CH/Z3001－2010；•《无人机航摄系统技术要求》，编号为CH/Z3002－2010；•《低空数字航空摄影测量内业规范》，编号为CH/Z3003－2010；•《低空数字航空摄影测量外业规范》，编号为CH/Z3004－2010；•《低空数字航空摄影规范》，编号为CH/Z3005－2010。3.1工作准备•飞行速度飞行速度越慢，像点位移越小•飞行平稳度飞机平稳，保证重叠度•续航时间续航时间长短，直接影响作业效率•有效荷载可装载的相机类型（+镜头）•易操作性•维修保养3.1.1无人机的选择3.1工作准备•根据选定的实验区在对应的地形图上确定出测图范围和摄影范围；3.1.2航摄范围的确定3.1工作准备•根据测图方法、仪器设备、比例尺和测图精度等要求综合选择与其相匹配的航摄相机。•数码航空摄影的地面分辨率GSD取决于飞行高度。3.1.3航摄仪和摄影比例与航高的确定3.1工作准备•在避开航摄范围内高压电力线和军民航空器的前提下，保证航摄飞行路线的直线性，并把项目区分成若干测段每一测段再分为若干航带，这样便于航摄作业。3.1.4航飞路线设计3.1工作准备航飞路线设计飞行设计•重叠度通常采用航向75%旁向50%重叠，保障60%30%重叠要求•航高充分顾及影像的有效分辨率，并非航高越低分辨率越高•有风天气尽量避免有风天气飞行，特殊情况采用高重叠度方式进行飞行，减小后期处理工作量和保证处理精度3.1工作准备3.1.5控制点布设及测量3.1工作准备3.1.5控制点布设及测量控制点布设•原则均匀布设，边角加密，大面积弱纹理区域（水域、森林、农田）边界加密。–一块很多小片缝合的大毡布，控制点是固定毡布的钉子，钉子稀少的地方毡布会下垂(区域网变形)，相同密度毡布厚的地方下垂量小(重叠度高和连接点多的区域)。毡布破洞周围会产生下垂（大面积弱纹理区域）,避免下垂破洞附近加钉子(加控制点)。•飞行前布控，可以提高精度。圆形点较优•飞行后布控，平面内的标志点较优3.1工作准备3.1.5控制点布设及测量3.1工作准备3.1.5控制点布设及测量3.2航空摄影•航摄季节应选择本摄区最有利的气象条件，并要尽可能的避免或减少地表植被和其他覆盖物对摄影和测图的不良影响，确保航摄像片能够真实地显现地面细部。•选择航摄时间，既要保证具有充足的光照度，又要避免过大的阴影。3.2.1摄影季节和航摄时间的选择3.2航空摄影3.2.2航飞空中飞行起飞降落地面站3.2航空摄影3.2.3航带整理3.2航空摄影•A、像片重叠度–航向重叠度一般应为60%-80%；最小不应小于53%。–相邻航线的像片旁向重叠度一般应为15%-60%，个别最小不应小于8%。•B、像片倾斜角–像片倾斜角一般不大于5度，个别最大不大于12度•C、像片旋偏角–旋偏角一般不大于15度，在确保像片航向和旁向重叠度满足要求的前提下，个别最大不超过30度；在同一条航线上旋偏角超过20度的像片数不应超过三片。超过15度旋偏角的像片数不应超过摄区像片总数的10%.3.2.4飞行质量3.2航空摄影•D、摄区、分区、图廓覆盖保证–航向覆盖、旁向覆盖边界保证摄区及分区影像制作范围全覆盖。•E、漏洞补摄与重摄–航摄过程中出现的相对漏洞和绝对漏洞应及时补摄，漏洞补摄应按原设计要求进行。对不影响内业加密模型连接的相对漏洞，可只在漏洞处补摄。补摄航线的长度应超出漏洞之外一条基线。控制航线如其本身出现局部的相对漏洞或有其他缺陷，如云影、脱膜、斑痕等，在不影响整条航线内业加密选点和模型连接的情况下可不补摄。凡需要补摄时，应整条航线重摄。•F、记录资料的填写–每次飞行均应认真填写飞行报告表和摄影处理参考表等原始记录资料，并随所摄航片送交摄影处理工序存查。3.2.4飞行质量3.2航空摄影•正确选择滤光镜，确保曝光量正常，底片密度和反差适中、影像清晰、色彩丰富、颜色饱和、彩色平衡良好。•直接观察像片，应能辨认出与航摄比例尺相适应的细小地物影像，能够建立清晰的立体模型，能确保立体量测的精度。3.2.5摄影质量主要内容4航摄成果质量检查•将相邻两张像片按其中心附近2cm范围的地物重叠后，再将重叠百分尺的末端置于第二张像片的边缘，读取第一张像片边缘在重叠百分尺上的分划值，此值即为像片的航向重叠度。4.1像片重叠度1)航向重叠度xxxLPq2)旁向重叠度yyyLPqxPxLS1S24航摄成果质量检查•一般根据像片边缘或角隅上圆水准气泡影像偏离其中心的程度进行检查，尤其要注意检查整条航线相邻像片上水准气泡偏离其中心的方向和位置是否有明显的移动。无水准气泡记录的像片可在已有的地形图上选择若干明显地物点作为控制点用摄影测量方法进行测算检查。4.2像片倾斜角4航摄成果质量检查4.3像片旋偏角相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线之间的夹角称像片的旋偏角。实际航空摄影时，可通过设置摄影仪在其座架中的旋转角从而消除或减小旋偏角，以达到理想的立体覆盖效果。124航摄成果质量检查4.4航线弯曲度——最大弯曲矢距（δ）与航线长度（L）之比航线弯曲度规范规定：%100L%3航线弯曲度=航线弯曲：把一条航线的航摄像片根据地物经线叠拼起来，每张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线。4航摄成果质量检查•a)在已有地形图及其相应于立体像对相邻像片重叠中线附近，分别量取相应地物点之间的长度，求得相邻像片间的比例尺之差，再计算得相邻像片的航高差。4.5航高保持4航摄成果质量检查•b)将像片按航线和分区镶辑，在已有地形图上和像片上分别量取相应地物之间的长度，按地面最高处和最低处分别求得各像片的最大比例尺和最小比例尺。然后取中数求得相对于摄影基准面的实际比例尺。根据比例尺按航线和分区分别算出同航线上的最大航高和最小航高之差和分区的实际航高与设计航高之差。4.4航高保持4航摄成果质量检查•将像片按重叠镶辑，对照航摄设计图上所标出的图廓、分区和摄区的边界及其附近的同名地物确定所摄像片的覆盖情况。4.5摄区、分区、图廓覆盖4航摄成果质量检查•按图幅中心线和旁向两相邻图幅公共图廓线敷设航线。将像片分航线按重叠镶辑。对照航线设计图上标出的图幅中心线或公共图廓线，把每张像片的主点转标到图上的相应位置，量测出实际航迹线相对于图幅中心线或公共图廓线的偏离值。4.6敷设航线4航摄成果质量检查•检查所有航摄区域是否存在相对漏洞。4.7漏洞