緒論1.1選題背景與研究意義1.1.1選題背景傳統(tǒng)的航空攝影測量和全野外的數(shù)字化成圖等測量的技術(shù)的有效的輔助手段是無人機(jī)航攝技術(shù)，適用于小面積的地方和危險地方的大比例尺的數(shù)字地形圖測繪的使用，就在當(dāng)前的情況來說，無人機(jī)的航空攝影技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于建筑、水電、農(nóng)業(yè)、公路、鐵路、礦山和城市建設(shè)等各個方面。因此，無人機(jī)空中攝影測量為在復(fù)雜和難以測量的地形區(qū)域開展攝影測量工作提供了解決的方案。而且本次測量地區(qū)使用傳統(tǒng)航空攝影測量相對困難，故使用無人機(jī)對測區(qū)進(jìn)行測量。1.1.2研究意義對于學(xué)生而言，畢業(yè)設(shè)計(jì)是對學(xué)生在大學(xué)四年對所學(xué)的測繪專業(yè)的了解、認(rèn)識與掌握的情況進(jìn)行訓(xùn)練，讓學(xué)生了解無人機(jī)在測繪行業(yè)中的應(yīng)用狀況，并且使得學(xué)生對無人機(jī)航測過程加以了解和對相關(guān)知識加以學(xué)習(xí)，而且使得學(xué)生學(xué)會如何利用軟件來處理數(shù)據(jù)，從而獲得成果。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀無人機(jī)航測第一次出現(xiàn)中國的無人機(jī)空中航攝技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)90年代，早期的航測無人機(jī)是由飛機(jī)模型技術(shù)改造過來的，但也存在著幾個問題，比如，在沒有自動駕駛儀的情況下，就得需要人工依靠電視圖像和地圖地物來標(biāo)記航線方向；承載的相機(jī)是膠片相機(jī)，后處理不靈活，可以完成部分飛行的任務(wù)，但是在總體上來說是不好用的，因此無人機(jī)的使用并不廣泛。OS4四旋翼無人機(jī)它是由EPFL自動化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的一種小型四旋翼電動無人機(jī)。研究的重點(diǎn)對象是研發(fā)一種飛行控制算法，目的是使多旋翼無人機(jī)能夠完全的自主飛行在室內(nèi)和室外，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了IntegralBackstepping的控制算法，他已經(jīng)能夠完成OS4無人機(jī)懸停、起飛和降落。而他的下一個目標(biāo)是改善執(zhí)行機(jī)構(gòu)的寬帶，使其速度的響應(yīng)更加快速，增強(qiáng)視覺傳感器的探測能力，同時采用濾波算法將慣性導(dǎo)航傳感器與視覺導(dǎo)航傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合REF_Ref7079\r\h[8]。STARMAC四旋翼無人機(jī)STARMAC研究的是微型多旋翼飛行器與最小代價分布協(xié)同搜尋控制技術(shù)兩個方向的多旋翼無人機(jī)。商業(yè)多旋翼無人機(jī)大疆“悟”多旋翼無人機(jī)給配備了一個高達(dá)1276萬像素的高清相機(jī)，它含有視覺導(dǎo)航功能的優(yōu)點(diǎn)，它能夠在沒有GPS的情況下完成室內(nèi)的穩(wěn)定懸停，大疆MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī)是一個具有防塵、防水、防腐蝕等一系列的優(yōu)點(diǎn)，它每小時的工作量可以達(dá)到40到60畝地，與人工噴灑的效率相比，效率可高40倍以上。1.3無人機(jī)概況傳統(tǒng)的航空攝影測量和全野外的數(shù)字化成圖等測量的技術(shù)的有效的輔助手段是無人機(jī)航攝技術(shù)，經(jīng)常運(yùn)用于小面積、高危地方的大比例尺數(shù)字地形圖測繪，對于當(dāng)下來說，無人機(jī)航空攝影技術(shù)已經(jīng)在礦山、道路交通、建筑、城市建設(shè)、污水廢水處理、森林監(jiān)控、3D模型和可視化等各個方向中都有廣泛的應(yīng)用。無人機(jī)按照任務(wù)飛行的高度可以有超高空無人機(jī)（大于18000千米）、高空無人機(jī)（7000-18000千米的范圍）、中空無人機(jī)（1000-7000千米的范圍）、低空無人機(jī)（100-1000千米的范圍）、超低空無人機(jī)（0-100千米的范圍）。1.3.1無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)組成無人機(jī)攝影測量的系統(tǒng)組成：空中攝影的相機(jī)、飛行控制的系統(tǒng)、制造動力的系統(tǒng)、傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)、無人機(jī)機(jī)體等等其它的組件。而且一般情況下多旋翼的無人機(jī)是通過四個以及四個以上的旋轉(zhuǎn)軸組成的。所需關(guān)注事項(xiàng)如下：無人機(jī)的航攝相機(jī)一般情況下是非量測型的相機(jī)，常用的相機(jī)有尼康D200、佳能5D、索尼A7AR、MARKII等等。為了保證對地測量的精度就需要對相機(jī)的內(nèi)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的內(nèi)容為焦距、主點(diǎn)偏移、鏡頭畸變差等REF_Ref21147\r\h[9]。機(jī)架是指飛行平臺所包含的機(jī)身和起落架，機(jī)身通常情況下采用重量輕和韌性強(qiáng)的碳纖維材料，而起落架需要能夠抵御一定的沖擊力，對于飛機(jī)降落和起飛，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大的話會有一定的緩沖力REF_Ref21147\r\h[9]。飛行控制系統(tǒng)：A2、NAZA、ACE、ONE控制系統(tǒng)，他們能夠獲取飛行過程中的飛行姿態(tài)參數(shù)和位置參數(shù)REF_Ref21147\r\h[9]。1.3.2無人機(jī)航攝流程人機(jī)航空攝影的拍攝流程是根據(jù)工程的需要去收集拍攝區(qū)域的相關(guān)資料，而且也需要按照民航、通航、空域的相關(guān)法律規(guī)定來飛行。設(shè)置地上的控制點(diǎn)、計(jì)劃空中攝影的飛行路線，再將空中攝影需要的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到無人機(jī)飛行的控制器上，無人機(jī)依靠之前所確定的航線方向進(jìn)行航測工作，數(shù)字傳感器之后就會開始按照設(shè)計(jì)的要求對地面上的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集（采集），地面上的監(jiān)測系統(tǒng)會表現(xiàn)出無人機(jī)的飛行軌跡路線，地面上的工作人員一定要觀注無人機(jī)的工作重中狀態(tài)，如果中途出現(xiàn)問題可及時發(fā)現(xiàn)并處理。當(dāng)任務(wù)結(jié)束時，下載航測數(shù)據(jù)，將相機(jī)參數(shù)、影像數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入到相關(guān)處理數(shù)據(jù)軟件中生成地形圖。1.3.3無人機(jī)航空攝影優(yōu)缺點(diǎn)和創(chuàng)新優(yōu)缺點(diǎn)傳統(tǒng)的測量技術(shù)基本上是通過衛(wèi)星測量，成本較高，且效率低，然而無人機(jī)航空攝影正好成本比較低，而且又快速高效；無人機(jī)起飛或者降落都不需要非常大場地，可隨時隨地停落，它非常適用于拍攝面積小的區(qū)域的遙感影像，航攝周期短、出成果快速、操作十分簡單、非專業(yè)人士也可快速上手測量；無人機(jī)作業(yè)靈活，可以在云下拍攝，低空飛行，受到的云層干擾相對較少，因此得到的影像分辨率高；小型輕便、噪音低、影像質(zhì)量高；不需要大量的工作人員。但是存在一些缺點(diǎn)，例如：1）當(dāng)風(fēng)力較大時，會影響影像的航向重疊度、旁向重疊度及影像的傾斜方向沒有規(guī)律可言。2）從測量并繪制地形圖的情況下看，當(dāng)影像的旋偏角相對較大時，測量地形圖的速度和影像的精度會大大降低。3）對于山區(qū)和高山區(qū)及危險地區(qū)而言，由于拍攝的地面起伏相對比較大、高程的變化十分明顯，由于遭受空中攝影儀的內(nèi)部的相機(jī)焦距的影響，影像之間的分辨率差距會相對較大，會影響數(shù)據(jù)處理的速度和最終的地形圖的精度。4）無人機(jī)的載重能力有限，續(xù)航能力差，一次性測量的面積小。5）單張影像的像對多，未重復(fù)面積小，因此內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作量大。6）無人機(jī)運(yùn)用的相機(jī)基本上不是專業(yè)的測繪相機(jī)，存在較大的變形，因此需要進(jìn)行校正才能進(jìn)行攝影測量處理。突破和創(chuàng)新續(xù)航的時間。由于飛行時間不是很長，因此當(dāng)實(shí)現(xiàn)長時間的飛行時，就可以獲得長時間的作業(yè)，工作效率就會有所提高，得到改善，而且還可以擴(kuò)大作業(yè)的區(qū)域范圍。高精度。由于當(dāng)前無人機(jī)航測技術(shù)不是很成熟，無人機(jī)中的一大部分有像素較低的這種現(xiàn)象，就存在很難保證攝像的精度這一問題，所以就得需要加大力度去對傳感器進(jìn)行研究和開發(fā)。人工智能化。在當(dāng)前人工智能化的背景下，把人工智能運(yùn)用到無人機(jī)中，提升其自主決策的能力，有利于改善無人機(jī)在發(fā)生事故時的應(yīng)急能力。因此需要在故障分析方面需要加強(qiáng)研究REF_Ref18174\r\h[6]。環(huán)?；Ｄ壳盁o人機(jī)多數(shù)使用的是鋰聚合物電池，與之前的鉛酸電池等等相比較，對環(huán)境保護(hù)有著很大的優(yōu)點(diǎn)，但是續(xù)航和載重的能力就相對較差，因此需要在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上，對此進(jìn)行優(yōu)化REF_Ref18174\r\h[6]。2無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)2.1無人機(jī)測繪的技術(shù)原理傳統(tǒng)測繪與無人機(jī)航測相比較，航測技術(shù)是一個重大的技術(shù)創(chuàng)新，是另一個測繪方向，這是一個測繪發(fā)展的新的趨勢，因此無人機(jī)的利用方面越來越廣泛。機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)或者無線電遙控設(shè)備是無人機(jī)的運(yùn)行方式，而機(jī)載遙感設(shè)備是通過運(yùn)用小型的數(shù)字相機(jī)來實(shí)現(xiàn)操作目標(biāo)，還需要準(zhǔn)備地面站和所需要的測繪軟件。2.1.1無人機(jī)種類的選擇無人機(jī)的類型有很多種，無人機(jī)的類型不同則具有不同的功能，因此需要在實(shí)測中根據(jù)所需要的的功能來選取適合本次測量的無人機(jī)類型，而且在出外業(yè)之前，要對無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行了解，還要對其進(jìn)行設(shè)備檢測，防止所測成果不合格，保證外業(yè)測量的效率。本次所選擇的無人機(jī)是大疆精靈4proRTK，如REF_Ref20608\h圖2-1所示。圖2-SEQ圖\*ARABIC\s11無人機(jī)大疆精靈4proRTK2.1.2航空攝影測量在當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r下，無人機(jī)的性能得到了改進(jìn)，當(dāng)與傳統(tǒng)的航空攝影對比來看，航向重疊、旁向重疊、影像旋偏角等許多方面還有很多的不足之處，其中表現(xiàn)為以下幾個方面：1）航攝面積小：與傳統(tǒng)航攝存在的區(qū)別是設(shè)計(jì)航線時不需要考慮地球曲率的變化，一般來說，基準(zhǔn)面高程的計(jì)算可以簡化為拍攝區(qū)域的最大和最小高程值的平均值的基礎(chǔ)上進(jìn)行適時的修改，再無攝區(qū)DEM或者地形圖條件下仍然可以快速航線設(shè)計(jì)REF_Ref31061\r\h[7]。2）相較于傳統(tǒng)航攝對比來說，無人機(jī)空中攝影測量主要是以航向和旁向重疊為主，對于航向重疊和旁向重疊的部分存在著一定范圍，而其所需要的達(dá)到的范圍一般情況下分別是在60%~80%和15%~60%之間，然而它們對于最低值又存在著一定的要求，其要求的最小值分別為53%和8%REF_Ref31061\r\h[7]。3）在技術(shù)應(yīng)用方面出發(fā)，當(dāng)中的一些無人機(jī)采用了旋偏角校正設(shè)備，由于經(jīng)常會受到飛行頻率和飛行高度的影響，旋偏角的改正會有所困難，因此在實(shí)際的工作之中，經(jīng)常存在旋偏角度高于15°的狀況，在空中的攝影測量的規(guī)范中有一定的要求，需要從旋角和傾角的這兩個方向進(jìn)行旋偏角的檢查REF_Ref31061\r\h[7]。4）實(shí)現(xiàn)了GPS航空攝影：在無人機(jī)飛行平臺上，設(shè)置雙頻GPS，在飛行時精確的記錄曝光時刻的具體位置數(shù)據(jù)，后面經(jīng)過差分解算得到每個曝光時刻攝影中心X、Y、Z方向的坐標(biāo)，無人機(jī)航攝流程方面上，根據(jù)飛行構(gòu)架的航線飛行，可以減少攝影測量成圖所需要的外業(yè)像控制點(diǎn)REF_Ref31061\r\h[7]。在無人機(jī)空中攝影測量地形圖的期間，航空攝影需要根據(jù)像控點(diǎn)的分布來進(jìn)行拍攝?？罩泻綌z結(jié)束處理數(shù)據(jù)時，必須將實(shí)際的數(shù)據(jù)資料和拍攝的相片相結(jié)合，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的精度。航空拍攝需要注意的事項(xiàng)：首先注意飛行安全。在一個開闊安全的地方，遠(yuǎn)離人群、建筑物、磁場等等。航測之前，需要了解當(dāng)?shù)氐姆煞ㄒ?guī)或者咨詢一下相關(guān)專業(yè)人士，由于有些地方的拍攝屬于違法行為。飛行前需注意天氣。根據(jù)工作需求調(diào)整飛行速度。根據(jù)成圖需求設(shè)置參數(shù)。在飛行過程中，要保證無人機(jī)在視線范圍內(nèi)，當(dāng)無人機(jī)失控時可及時處理。當(dāng)GPS或者遙控信號丟失時，無人機(jī)會自動返航，所以需要開啟開關(guān)緊急按鈕。2.2攝影測量常用坐標(biāo)系空中攝影測量的坐標(biāo)系有兩種，第一種情況是像方空間坐標(biāo)系，能夠用來表達(dá)像點(diǎn)的位置；第二種情況的坐標(biāo)系是物方空間坐標(biāo)系，能夠用來表達(dá)地面點(diǎn)的位置。2.2.1像方空間坐標(biāo)系像平面坐標(biāo)系像平面坐標(biāo)系的含義是像平面上的像點(diǎn)的具體位置，基本上采用的是右手坐標(biāo)系，而且需要根據(jù)需求來來定x,y軸所在位置，而像框標(biāo)坐標(biāo)系的定義是在數(shù)字?jǐn)z影測量和解析攝影測量的情況下，往往依賴于框標(biāo)去確定像平面坐標(biāo)系，如REF_Ref30749\h圖2-2所示。像空間坐標(biāo)系由于在運(yùn)算過程中經(jīng)常會使用空間坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換，而這個就需要在像空間位置中建立其像點(diǎn)的坐標(biāo)系，則就把這個坐標(biāo)系叫作像空間坐標(biāo)系。攝影中心的原點(diǎn)標(biāo)記為S，y軸,x軸的方向應(yīng)該與像平面坐標(biāo)系的軸平行，z軸一般情況下與主光軸相互重合，基本上采用的是右手直角坐標(biāo)系，表達(dá)形式為S-xyz。而每個像點(diǎn)的z值大小都是相等的，為焦距（-f），因此用x,y,-f表達(dá)這個像點(diǎn)的所在位置，如REF_Ref2374\h圖2-3所示。圖2-SEQ圖\*ARABIC\s12像片框標(biāo)坐標(biāo)系圖2-SEQ圖\*ARABIC\s13像空間坐標(biāo)系像空間輔助坐標(biāo)系因?yàn)楦鱾€像片的像空間坐標(biāo)系一般情況下是不同，對此就十分需要去建立一個基本上一致的一個坐標(biāo)系，我們把這個坐標(biāo)系叫作是像空間輔助坐標(biāo)系，而表達(dá)的形式為S-XYZ。攝影中心的原點(diǎn)記作為點(diǎn)S，而現(xiàn)有三種方式來表達(dá)這種坐標(biāo)系，坐標(biāo)系軸的選擇是依賴于所做的項(xiàng)目要求進(jìn)而選擇的，如REF_Ref2573\h圖2-4所示。1）Z軸指向鉛錘方向，航向方向一般為X軸的方向，之后Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。2）像空間輔助坐標(biāo)系是每一條飛行航線上其中的第一張的像片所使用的像空間坐標(biāo)系。3）將每個像片對中的左像片的攝影中心記作為坐標(biāo)原點(diǎn)，攝影基線的方向即為X軸的方向，XZ的平面形成方式是攝影基線和左像片主光軸所形成的一個平面，之后再通過右手直角坐標(biāo)系的方式表達(dá)出來。圖2-SEQ圖\*ARABIC\s14像空間輔助坐標(biāo)系2.2.2物方空間坐標(biāo)系攝影測量坐標(biāo)系地面上的A點(diǎn)是由像空間輔助坐標(biāo)系中的z軸向其負(fù)反向延伸得到的，則A點(diǎn)的坐標(biāo)系可以用A-XYZ表示，則這個坐標(biāo)系被叫做是攝影測量坐標(biāo)系。而又因?yàn)閿z影測量坐標(biāo)系中的X軸、Y軸、Z軸和像空間輔助坐標(biāo)系中的x軸、y軸、z軸呈現(xiàn)出一一對應(yīng)的是平行狀態(tài)，故而相應(yīng)地面的的攝影測量坐標(biāo)的求出方法是十分容易的，它是依賴于像點(diǎn)的像空間輔助坐標(biāo)所進(jìn)行的。地面測量坐標(biāo)系地圖投影坐標(biāo)系一般情況下指的就是地面測量坐標(biāo)系，對于高斯-克呂格的6°帶和3°帶，它們經(jīng)常使用的是高程系和平面直角坐標(biāo)系，它們兩個相互組成為一個空間直角坐標(biāo)系，而此坐標(biāo)系又采用的是左手坐標(biāo)系，由OT-XTYTZT這種形式進(jìn)行表達(dá)，如REF_Ref1858\h圖2-5所示。地面攝影測量坐標(biāo)系對于地面測量坐標(biāo)系來說，它基本上運(yùn)用的是左手坐標(biāo)系，然而對于攝影測量坐標(biāo)系來說，它基本上運(yùn)用的是右手坐標(biāo)系，因此將攝影測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地面測量坐標(biāo)有點(diǎn)復(fù)雜，故需要對這兩種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換建立一個中間性的坐標(biāo)系，而這個坐標(biāo)系被叫做是地面攝影從測量坐標(biāo)系，用D-XGYGZG表達(dá)。其中XG軸與X軸方向平行，ZG軸鉛錘，原點(diǎn)位于測區(qū)范圍內(nèi)的某一地面點(diǎn)，如REF_Ref1858\h圖2-5所示。圖2-SEQ圖\*ARABIC\s15物方空間坐標(biāo)系3無人機(jī)航測的實(shí)際應(yīng)用3.1測區(qū)勘探和概況3.1.1測區(qū)踏勘對于不太了解的測區(qū)，需進(jìn)行測區(qū)勘探，并且需要了解測區(qū)內(nèi)與生產(chǎn)、生活有關(guān)的相關(guān)情況。3.1.2測區(qū)概況本次的測區(qū)是在山西省忻州市寧武縣境內(nèi)，在GoogleEarth上可精確定位到北緯39°05′，東經(jīng)112°23′，海拔為1550多米。由于測區(qū)的范圍較大，區(qū)域?yàn)?.546平方千米，故采用無人機(jī)航測來提高作業(yè)效率，快速高精度的完成這次的任務(wù)。3.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集3.2.1無人機(jī)航測外業(yè)流程圖收集資料、勘探、技術(shù)設(shè)計(jì)收集資料、勘探、技術(shù)設(shè)計(jì)航帶設(shè)計(jì)基本控制測量航帶設(shè)計(jì)基本控制測量像控點(diǎn)布設(shè)像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)測量像控點(diǎn)布設(shè)像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)測量無人機(jī)航空攝影無人機(jī)航空攝影資料整理、驗(yàn)收資料整理、驗(yàn)收影像質(zhì)量檢查影像質(zhì)量檢查3.2.2無人機(jī)相關(guān)攝影數(shù)據(jù)大疆精靈4proRTK無人機(jī)攝影的有關(guān)數(shù)據(jù)，其如REF_Ref17820\h圖3-１所示：圖3-SEQ圖\*DBCHAR\s1１攝影相關(guān)數(shù)據(jù)對于后期相機(jī)參數(shù)的進(jìn)行計(jì)算輸入為Pix4D，對于飛行的地區(qū)，如果其地形起伏過大時，對重疊度的設(shè)置可以進(jìn)行相對的調(diào)整。3.2.3無人機(jī)起飛準(zhǔn)備校準(zhǔn)和檢查。起飛前，無人機(jī)應(yīng)該做好一系列的全面檢查，比如指南針的校準(zhǔn)、無人機(jī)的旋翼安裝是否正確，確保它飛行過程中不會掉落、確保無人機(jī)電池電量滿格、無線遙控裝備的電量是滿格，查看DJIAPP是否正常運(yùn)行。檢測所使用的的內(nèi)存卡的容量是否足夠大，保證飛行像片的存儲。設(shè)置返航的高度。周圍的環(huán)境是否符合飛行的條件。3.2.4RTK基準(zhǔn)站的設(shè)置RTK工作的原理架設(shè)一個GPS接收機(jī)在基準(zhǔn)站上，然后對可以看到的衛(wèi)星進(jìn)行觀測，對于所獲得的的數(shù)據(jù)再傳輸給流動站，而流動站通過對模糊度計(jì)算得到其所在的具體位置和精度。如REF_Ref10275\h圖3-3所示圖3-SEQ圖\*ARABIC\s12RTK技術(shù)RTK技術(shù)目前從工作模式上來看，RTK的精度相對較高時和效率相對較快時是應(yīng)用于測區(qū)較小的情況下，其所測量的范圍半徑是小于十千米。如果測區(qū)較大時，而且應(yīng)用于帶狀區(qū)域，例如公路、河流、輸電線、管道等，其最適用的PPK技術(shù)?；鶞?zhǔn)站設(shè)置對于測量地區(qū)的地形起伏狀況來說，房屋、丘陵等很容易阻擋信號的傳播，在華測i70基站設(shè)置中，可以在同一時間采集和傳送信號到無人機(jī)上，可使得千尋信號基本覆蓋到每個地方和大疆精靈4RTK可以正常的啟用。對于基準(zhǔn)站所含有的靜態(tài)采集信息的功能來說，當(dāng)差分信號受到干擾時，可以采取這種措施，其措施為關(guān)閉大疆精靈4RTK這一選項(xiàng)，采用CGO2.0PPK后差分解算的方法，獲取精度還算不錯的像片有關(guān)的信息。這種方法有利于航測的任務(wù)有保障的進(jìn)行。REF_Ref10275\h圖3-3為華測i70圖3-SEQ圖\*ARABIC\s13華測i703.2.5像控點(diǎn)的布設(shè)依據(jù)《低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，像控點(diǎn)的目標(biāo)影像布設(shè)應(yīng)該清稀、便于刺點(diǎn)。線狀地物的交點(diǎn)和平山頭為適合的地方，而狹溝、尖銳山頂和高程起伏較大的斜坡等不能作為點(diǎn)位目標(biāo)的選擇地。像片控制點(diǎn)的布設(shè)方案像控點(diǎn)布設(shè)成本是一個相當(dāng)大的一個步驟，而且最后數(shù)字正射影像（DOM）的生成這一步是必不可少的。1）全野外布點(diǎn)我們所測的控制點(diǎn)如果全部都是通過全野外控制測量的方法對其獲得的，空中航攝像片控制點(diǎn)如果在不需要內(nèi)業(yè)加密的情況下，則對于內(nèi)業(yè)測圖定向和糾正就可以很方便的進(jìn)行利用，則稱為全野外布點(diǎn)。常常運(yùn)用于小面積地形的測繪和成圖比例相對較大的情況下使用。2）非全野外布點(diǎn)其布點(diǎn)的方法有兩種方案，其中一個是航線數(shù)區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)，另一個是航帶線布點(diǎn)。特殊情況布點(diǎn)在航向重疊和旁向重疊不夠、航攝區(qū)域結(jié)合處、水域與島嶼等等的情況下布設(shè)像控點(diǎn)時，這種情況就得需要按照法律或者其他的相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行。如何選擇野外控制點(diǎn)像控點(diǎn)最終的選擇，與之前設(shè)定的布點(diǎn)方案有一定的關(guān)系之外，還與像點(diǎn)所測量的精度和其有關(guān)的各類誤差相關(guān)。布設(shè)過程中應(yīng)該滿足的條件：在地面上選擇易分辨且較精細(xì)的特征點(diǎn)；而且控制點(diǎn)的選擇要求距離相片的四周處一定要大于一厘米的長度；像控點(diǎn)所選擇位置，基本上是要求在旁向重疊中線的四周。當(dāng)控制點(diǎn)的選擇如果位置有點(diǎn)錯誤，可能會造成一系列的后續(xù)影響。利用RTK、GPS進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)由于本次所測地形缺少可識別的地物，故可以選擇一些道路岔口、電線杠作為控制點(diǎn)。像控點(diǎn)圖形的要求采集坐標(biāo)時一般情況下是在“L”型坐標(biāo)的直角拐角處。如REF_Ref18274\h圖3-４所示。圖3-SEQ圖\*DBCHAR\s1４控制點(diǎn)3.2.6無人機(jī)連接當(dāng)無人機(jī)飛行前要對指南針進(jìn)行校準(zhǔn)，而且一定要插入SIM，如果沒有進(jìn)行這一步，則無人機(jī)就無法飛行。對于測區(qū)是否在網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)之內(nèi)，可以運(yùn)用千尋位置APP查詢。當(dāng)RTK網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和4G網(wǎng)連接成功，則遙控器所含有的TYPE-C接口會使得其與地面的工作站相互連接成功。如果在遙控器中已經(jīng)將測區(qū)的航線規(guī)劃好了，可以不需要帶電腦進(jìn)行作業(yè)。3.2.7航線規(guī)劃無人機(jī)航空攝影測量地形的時候，一般情況下都是在低空航行拍攝，由于受到外界環(huán)境的影響，因此需要測量人員規(guī)劃好飛行路線，在規(guī)劃好路線之前，要求與實(shí)地的地形情況相結(jié)合，對無人機(jī)進(jìn)行檢測。如REF_Ref18594\h圖3-５為飛行航線。大疆精靈4RTK的航線規(guī)劃可以有很多種方式，其中有KML文件的導(dǎo)入可以生產(chǎn)航線，還可以用大疆智圖、GSRTK軟件等等。選定航測的區(qū)域，其遙控器上可以調(diào)整測區(qū)大小。設(shè)置飛行的高度、速度、重疊率、邊距等等一系列的參數(shù)。設(shè)置云臺的相機(jī)參數(shù)，其默認(rèn)為正射影像拍攝。設(shè)定完成，開始執(zhí)行。圖3-SEQ圖\*DBCHAR\s1５飛行航線3.2.8影像圖調(diào)繪簡單來說就是用航攝像片進(jìn)行調(diào)查和繪圖。像片調(diào)繪內(nèi)容像片調(diào)繪前的準(zhǔn)備工作像片判讀地物地貌綜合元素的取舍調(diào)查、量測有關(guān)情況和數(shù)據(jù)補(bǔ)測新增地物像片清繪著墨接邊檢查驗(yàn)收有哪些地形需要進(jìn)行調(diào)繪居民地的調(diào)繪、測量控制點(diǎn)與獨(dú)立地物的調(diào)繪、道路的調(diào)繪、管線與垣柵的調(diào)繪、水系的調(diào)繪、植被的調(diào)繪、境界的調(diào)繪、國界的調(diào)繪、地貌和土質(zhì)的調(diào)繪、地理名稱調(diào)查和注記。3.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理3.3.1作業(yè)流程導(dǎo)入的數(shù)據(jù)：圖像、POS、控制點(diǎn)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)：圖像、POS、控制點(diǎn)自動完成空三，生成DSM、DOM獲取原始數(shù)據(jù)資料全自動處理結(jié)果分析獲取原始數(shù)據(jù)資料全自動處理結(jié)果分析建立測區(qū)導(dǎo)入數(shù)據(jù)建立測區(qū)導(dǎo)入數(shù)據(jù)3.3.2初始資料準(zhǔn)備POS數(shù)據(jù)處理方法就無人機(jī)為精靈4ProRTK解說一下，其本身應(yīng)用的是千尋網(wǎng)絡(luò)，它對于POS數(shù)據(jù)的精度可以達(dá)到厘米級的精度。對于所獲得的的照片POS數(shù)據(jù)，就需要對其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換過程是無人機(jī)所拍攝的影像都會含有一個文件夾，最后將文件夾中的經(jīng)緯度導(dǎo)出到Excel表格中，而對于點(diǎn)名就需要與拍攝影像的名稱相互一致，后面再導(dǎo)入將經(jīng)緯度換算到本地坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，其又是由RTK所計(jì)算的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)所獲得的。這個步驟處理的過程雖然時間有點(diǎn)長，但是對于后續(xù)的處理是十分有利的。而本次使用的資料未對POS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。資料準(zhǔn)備原始資料：影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。第一步要對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，檢查所獲取的數(shù)據(jù)是否存在漏掉的數(shù)據(jù)，而對于所獲取的像片，檢查它們其中的相片有無存在不合格的，同時對POS數(shù)據(jù)文件也要進(jìn)行檢查，主要檢查其中的航帶變化的相片號，避免POS數(shù)據(jù)中的相片號和影像的相片號不相互對應(yīng)，對于這兩種的相片號存在的不對照的問題，在內(nèi)業(yè)中可以進(jìn)行人工調(diào)繪來使其相互對應(yīng)。這次采用的POS數(shù)據(jù)格式為經(jīng)緯度，如REF_Ref23127\h圖3-６所示：圖3-SEQ圖\*DBCHAR\s1６POS數(shù)據(jù)3.3.3影像數(shù)據(jù)處理步驟本次使用的軟件是Pix4DMapper，它是一個專業(yè)的具有無人機(jī)測繪和攝影測量數(shù)據(jù)處理的軟件，它不一定需要專業(yè)的知識或者專業(yè)的工作人員也可以操作軟件去處理數(shù)據(jù)資料，而且可以將很多像片進(jìn)行影快速、高效的生成你所需要的DOM、DSM模型。而且在當(dāng)前的市場上，Pix4Dmapper軟件是一款集全自動、快速、專業(yè)精度為一體的無人機(jī)數(shù)據(jù)和航空影像處理軟件。這個軟件對影像數(shù)據(jù)處理步驟如下：1）新建項(xiàng)目。2）添加影像（影像的路徑可以不需要在工程文件夾中，路徑不能含有中文）。3）設(shè)置圖片屬性。圖像坐標(biāo)系：本次無人機(jī)航空攝影測量影像的pos數(shù)據(jù)采用的坐標(biāo)就是WGS-84坐標(biāo)（使用的是經(jīng)緯度），故使用默認(rèn)坐標(biāo)系。地理定位和方向：一般狀況下，影像中含有了pos位置信息，故不需要導(dǎo)入pos數(shù)據(jù)，但是也存在很多獨(dú)立存儲的情況。相機(jī)型號：軟件自動識別的影像相機(jī)型號。4）設(shè)置輸出坐標(biāo)系?；妫篊hina2000。坐標(biāo)系：CGCS2000/3-degreeGauss-KrugerCM114E。完成工程建設(shè)。5）將控制點(diǎn)導(dǎo)入。對于控制點(diǎn)在測量區(qū)域中的選擇，首先控制點(diǎn)必須要符合在測量區(qū)域內(nèi)均勻分布而且合理，測量區(qū)域周圍和中間一般情況下是控制點(diǎn)選擇的地方，而控制點(diǎn)的數(shù)量是相對于航測的像片數(shù)而確定的，其中經(jīng)常采用的是大約一百張的像片控制點(diǎn)的數(shù)量會有六個，然而生成地形圖的精度并不會隨著控制點(diǎn)的數(shù)量增多而有所提高，而且還會增加工作量，降低作業(yè)效率。6）刺控制點(diǎn)。其中每一個的控制點(diǎn)顯示在圖像中并且進(jìn)行標(biāo)定，其數(shù)量不得少于兩張像片，然而往往采用的數(shù)量是六到八張像片。7）完成初步處理。8）質(zhì)量報告的生成。通過質(zhì)量報告查看一些數(shù)據(jù)是否符合規(guī)定的要求，例如測量區(qū)域的面積大小、地面分辨率GSD、內(nèi)部的相機(jī)參數(shù)等等。9）生成點(diǎn)云。默認(rèn)設(shè)置。10）生成正射影像圖。AutoCADDXF中等高基線（米）、等高距（米）、分辨率（厘米）、最小線尺寸（點(diǎn)）分別設(shè)置為0、1、300、30。表3-SEQ表\*ARABIC\s11數(shù)字地形圖成圖比例尺和影像地面分辨率成圖比例尺影像地面分辨率GSD1:500≤5厘米1:1000≤10厘米1:2000≤20厘米3.3.4空三加密空中三角測量概述一般情況下攝影目標(biāo)與空中攝影影像之間存在一定的關(guān)系是處于已知的狀態(tài)，它是依據(jù)其中一部分少許的像控點(diǎn)的數(shù)量來求取某點(diǎn)的高程以及其位置的一種計(jì)算的方式，而且它也可以得到像片的外方角位元素和像片的外方位線元素，所以空中三角測量在空中攝影測量的過程中呈現(xiàn)出了一種不可或缺的現(xiàn)象。空中三角測量對于目標(biāo)物外部輪廓的形狀以及所處的具體位置的獲取可以在不被接觸的情況下就可以獲取這些信息?？罩腥菧y量方法空中三角測量包括為模擬空中三角測量（光學(xué)機(jī)械法空中三角測量）和解析空中三角測量（電算加密）?？罩腥菧y量的主要方法有模擬法、解析法、航帶法、獨(dú)立模型法、光線束法，但是一般采用解析法。而無人機(jī)空中三角測量實(shí)現(xiàn)了POS與航攝儀設(shè)備的結(jié)合，然而運(yùn)用GPS定位，從而獲取了航攝儀設(shè)備的具體位置參數(shù)、無人機(jī)的姿態(tài)參數(shù)等等。在現(xiàn)實(shí)中我們了解到的航空攝影測量所做的一系列流程是在自動化測定系統(tǒng)與無人機(jī)連接而完成的，而且是在運(yùn)用計(jì)算機(jī)的技術(shù)下來實(shí)現(xiàn)相關(guān)影像數(shù)據(jù)的分析和處理。在空中攝影測量的一系列流程中，不需要人為的操控，運(yùn)用三角測定的方式來確定目標(biāo)位置，對于工作者測定適當(dāng)?shù)倪B接點(diǎn)需要有一定的要求，為了以后測定工作的順利進(jìn)行，同時科學(xué)的調(diào)整像控點(diǎn)和連接點(diǎn)，然后再進(jìn)行空中三角測量。然后運(yùn)用Pix4Dmapper完成測定，此軟件擁有自動化、高效處理、較高的精度等眾多優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位與計(jì)算相應(yīng)原始影像。3.3.5刺點(diǎn)加入控制點(diǎn)到工程中在空三射線編輯器中刺出控制點(diǎn)GCP。點(diǎn)擊菜單欄的視圖，打開空三射線編輯器，可以看到生成的連接點(diǎn)以及系統(tǒng)預(yù)測的控制點(diǎn)位置（藍(lán)色的圓圈，中間有一個小點(diǎn)）。在左側(cè)的列表框中會顯示這個控制點(diǎn)所在的所有圖像的相片，在每張相片是上左擊圖像，標(biāo)出控制點(diǎn)的準(zhǔn)確位置（至少標(biāo)出兩張）。這時控制點(diǎn)的標(biāo)記會變成一個黃色的框中間有黃色的叉，表示這個控制點(diǎn)已經(jīng)被標(biāo)記（標(biāo)了兩張相片后，這個標(biāo)記中間多了一個綠色的叉，則表示這個控制點(diǎn)已經(jīng)重新參與計(jì)算重新得到的位置）。檢查其他影像上的綠色標(biāo)志，如果綠色標(biāo)記與控制點(diǎn)位置能夠?qū)?yīng)上，那么這個控制點(diǎn)不需要再標(biāo)注，否則需要在更多的影像上標(biāo)記出這個控制點(diǎn)。當(dāng)所有圖像中的綠色標(biāo)記的位置都在正確的位置上以后，點(diǎn)應(yīng)用。然后對其他的控制點(diǎn)分別進(jìn)行重復(fù)的操作。當(dāng)所有的點(diǎn)都標(biāo)記完成后，點(diǎn)菜單欄運(yùn)行，選擇重新優(yōu)化，把新加入的控制點(diǎn)加入重建，重新生成結(jié)果。檢查質(zhì)量報告。3.3.6點(diǎn)云加密點(diǎn)云加密選項(xiàng)中的勾選在像素對比的圖像比例中，對最小匹配數(shù)進(jìn)行選擇，其選擇數(shù)位3，對于這種選擇其在影像的重疊度這個方面不是特別高。而又對三維網(wǎng)紋理生成這個選項(xiàng)使用默認(rèn)值，其中最多的網(wǎng)格數(shù)目為1000000。在輸出的方面選擇LAS。點(diǎn)云編輯DSM利用點(diǎn)云編輯器，刪掉樹林、建筑以及其他的一系列地面物體的高程，使得DSM變成DEM。如REF_Ref9128\h圖3-7所示點(diǎn)云編輯的過程是在點(diǎn)云編輯的模式情況下，運(yùn)用畫平面的工具對地面有高度的物體畫上一個平面圖，當(dāng)這個平面圖畫好以后，再對DSM、DEM等重新進(jìn)行生產(chǎn)。圖3-SEQ圖\*ARABIC\s17點(diǎn)云分類3.3.7DOM、DSM生產(chǎn)DSM（柵格數(shù)字表面模型）和DOM（數(shù)字正射影像）的生成是在Pix4Dmapper軟件數(shù)據(jù)處理過程中進(jìn)行全自動處理生成的。DSM（能夠計(jì)算出每個像素的高程）1）DSM的最終保存文件是GEOTIFF文件2）將合并瓦片進(jìn)行勾選，它才能產(chǎn)生一個融合的大文件，如果沒有對其進(jìn)行勾選，則產(chǎn)生的DSM是分塊的，沒有融合。3）對于坐標(biāo)方格DSM格式，對LAS進(jìn)行勾選。DOM（優(yōu)點(diǎn)為能夠精確的進(jìn)行定位）1）對正射影像下的GeoTiff進(jìn)行勾選，而對其下面的合并瓦片和WeightedAverage也勾選上，它可以生成正射影像圖。而其中的Multi-bandBlending這個選項(xiàng)，它所具有的優(yōu)點(diǎn)為處理速度快。2）谷歌地圖瓦片和KML這個選項(xiàng)生成KML文件可以在GoogleMaps中顯示生成的影像。其中DSM（柵格數(shù)字表面模型）、DOM（數(shù)字正射影像）的圖像如REF_Ref26285\h圖3-８、REF_Ref26504\h圖3-９所示。3.3.8地形圖生產(chǎn)等高線地形圖的生成格式化為等高線文件。1）基地輪廓：對地形圖等高線的高程進(jìn)行設(shè)置。2）等高距設(shè)置為一米。地貌類型1）等高線的條數(shù)越密集，表示地面的坡度就越高，否接地面越平坦。2）對于等高線相重的地方，地面則為峭壁。3）假如兩條等高線凸側(cè)相互對稱，那么就是山的鞍部。4）當(dāng)?shù)雀呔€呈現(xiàn)出的是封閉狀態(tài)時，高程是外部低、內(nèi)部高，則此地為凸地形，否則為凹地形。5）當(dāng)?shù)雀呔€的形狀為彎彎曲曲的曲線狀時，則山谷就是在曲線中向高處彎曲的地方，山脊就是在曲線中呈現(xiàn)向低處凸出的所在地。則所生產(chǎn)的地形圖如REF_Ref15936\h圖3-10所示圖3-SEQ圖\*DBCHAR\s1８DSM數(shù)字表面模型圖3-SEQ圖\*DBCHAR\s1９DOM數(shù)字正射影像圖3-SEQ圖\*ARABIC\s110等高線地形圖3.3.9成果圖如REF_Ref15420\h圖3-11所示，其中藍(lán)色線條為道路，綠色線條為計(jì)曲線，每根計(jì)曲線之間有四條等高線，并對其進(jìn)行加粗。其中每條等高線相距一米。圖3-SEQ圖\*ARABIC\s111成果圖4質(zhì)量報告和精度分析4.1質(zhì)量報告分析4.1.1質(zhì)量檢查檢查圖片、數(shù)據(jù)集、相機(jī)參數(shù)、，如果出現(xiàn)紅色或者黃色感嘆號則是提示我們有一些錯誤。如果相機(jī)參數(shù)有問題（計(jì)算的參數(shù)與原來默認(rèn)的參數(shù)差異過大，則會提示存在錯誤），如REF_Ref27307\h圖4-１中出現(xiàn)的黃色感嘆號是由于沒有刺點(diǎn)。圖4-SEQ圖\*DBCHAR\s1１質(zhì)量檢查圖4.1.2相機(jī)的絕對位置和方向不確定性圖4-SEQ圖\*DBCHAR\s1２相機(jī)的絕對位置和方向不確定性圖4.1.3光束法區(qū)域網(wǎng)平差細(xì)節(jié)光束法區(qū)域網(wǎng)平差細(xì)節(jié)如REF_Ref27872\h圖4-３所示，而空中三角測量中誤差就是圖中表格里的0.139，然而它的單位是像素。我們經(jīng)常使用的相機(jī)一般情況下運(yùn)用的是六微米的像素，所以當(dāng)我們使用的相機(jī)不大相同時，則像素的大小也有可能會發(fā)生變化。圖4-SEQ圖\*DBCHAR\s1３光束法區(qū)域網(wǎng)平差細(xì)節(jié)4.1.4內(nèi)部的相機(jī)參數(shù)（REF_Ref28097\h圖4-４）初始值的焦距長度的參數(shù)為8.800毫米，而優(yōu)化值中的焦距長度參數(shù)為8.574毫米，它們兩個的差距不是很大，而當(dāng)兩個參數(shù)值得差距相對較大時，則相機(jī)的初始參數(shù)值就存在了一些錯誤。依據(jù)測量相關(guān)規(guī)定的要求，圖中R1、R2、R3這三個所對應(yīng)的參數(shù)結(jié)果最大值不應(yīng)該大于1，否它可能導(dǎo)致扭曲現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得結(jié)果就不太準(zhǔn)確。圖4-SEQ圖\*DBCHAR\s1４內(nèi)部的相機(jī)參數(shù)4.1.5絕對地理位置差異圖4-SEQ圖\*ARABIC\s15絕對地理位置差異4.1.6相機(jī)相對位置和方位的不確定性圖4-SEQ圖\*ARABIC\s16相機(jī)相對位置和方位的不確定性圖4.1.7相對地理位置差異圖4-SEQ圖\*DBCHAR\s1７相對地理位置差異圖4.1.82D特征點(diǎn)的匹配REF_Ref645\h圖4-8展示的結(jié)果就是通過計(jì)算后的產(chǎn)生影像位置，圖中的顏色越暗的地方表示的就是連接點(diǎn)的數(shù)量越多，反之越少。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s184.1.9影像重疊REF_Ref1928\h圖4-9綠色的區(qū)域表示的一種現(xiàn)象是每個像素都有超過5個影像的重疊數(shù)量，而紅色和黃色代表的是重疊度相對較低的地區(qū)，最后產(chǎn)生的質(zhì)量不是太好。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s19正射影像重疊分析4.1.10不確定性橢圓如REF_Ref12066\h圖4-10所示，藍(lán)點(diǎn)表示影像初始位置，綠點(diǎn)表示計(jì)算位置。如果出現(xiàn)橢圓表示影像偏移非常高，圖像地理定位存在嚴(yán)重問題。應(yīng)確保使用正確的相機(jī)參數(shù)模板，如果參數(shù)沒錯，可以通過增加重疊率和圖像質(zhì)量、刪除模糊影像、加入地面控制點(diǎn)來改善。圖4-SEQ圖\*ARABIC\s110不確定性橢圓4.2精度分析在像控點(diǎn)布設(shè)完成后、經(jīng)空三加密及內(nèi)業(yè)測圖，外業(yè)采用相同精度的GPS-RTK系統(tǒng)和全站儀在測量區(qū)域?qū)χ匾匚镞M(jìn)行檢查，例如房屋的拐角、道路邊角、坎拐角等等具有代表性的特征點(diǎn)，從而對像控點(diǎn)密度影響地形圖做了詳細(xì)的比較。內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)和和地物點(diǎn)附近的野外控制點(diǎn)的基本等高距、平面位置中誤差、高程中誤差對應(yīng)表中的比例尺、地形作比較。表4-SEQ表\*ARABIC\s11基本等高距基本等高距地形類型平地丘陵地山地高山地成圖比例尺1:5000.51.0（0.5）1.01.01:10000.5（1.0）1.01.02.01:20001.0（0.5）1.02.0（2.5）2.0（2.5）注：括號內(nèi)表示依用圖需要選用的等高距表4-SEQ表\*ARABIC\s12平面位置中誤差地形類別平地、丘陵地山地、高山地加密點(diǎn)中誤差0.40.55地物點(diǎn)中誤差0.60.8表4-SEQ表\*ARABIC\s131:500的高程中誤差比例尺1:500地形類別平地丘陵地山地高山地基本等高距0.51.0（0.5）1.01.0中誤差加密點(diǎn)--0.350.5注密點(diǎn)0.20.4（0.2）0.50.7等高線0.250.5（0.25）0.71.0地形變換點(diǎn)表4-SEQ表\*ARABIC\s141:1000的高程中誤差比例尺1:1000地形類別平地丘陵地山地高山地基本等高距0.5（1.0）1.01.02.0中誤差加密點(diǎn)-0.350.51.0注密點(diǎn)0.2（0.4）0.50.71.5等高線0.25（0.5）0.71.02.0地形變換點(diǎn)表4-SEQ表\*ARABIC\s151:2000的高程中誤差比例尺1:2000地形類別平地丘陵地山地高山地基本等高距1.0（0.5）1.02.0（2.5）2.0（2.5）中誤差加密點(diǎn)-0.350.81.2注密點(diǎn)0.4（0