本篇文章目录导航：[-引言]土地测绘中无人机技术的运用探讨[第一章]无人机的土地调查探究绪论[第二章]无人机摄影测量系统在土地调查中的优势比较[第三章][4.1-4.2]试验区概况和航空摄影[4.3-4.6]像片控制测量.正射影像制作及矢量图采集[4.7-4.8]调查 更多精彩就在： 51免费论文网|www.jxszl.com 
工作底图制作和土地权属调查精度剖析[参考文献]无人机技术与土地测绘工程的融合探究结论与参考文献第3章3.1无人机航空摄影测量原理.无人机航空摄影测量主要是根据任务需求,采用无人机搭载一定的航测遥感设备,根据事先设计的飞行航线,对测区进行拍摄,获取高分辨的影像资料,得到人们需要的地面某种信息,并借助数据处理技术(相对应的数据处理软件),对获取到的数据进行信息化处理,得到人们需要的某些数据,从而进行数据剖析.处理.运用,为后期的数据应用提供重要的基础数据资料.3.1.1无人机航空摄影测量系统构成.无人机航空摄影测量系统,主要包含硬件系统和软件系统,无人机是整个硬件系统的重要组成部分之一,机载遥感设备(如高性能数字航摄仪.激光扫描仪.红外扫描仪等),是获取地面数据信息不可或缺的监测设备,机载.地面数据的传输离不开通讯系统,而航线设计软件是软件系统的重要组成部分,直接决定了整个系统的方向和精度,在划定的任务区范围内,根据人们需要的数据精度.地面分辨率.地形地貌.摄影测量参数以及结果进行综合设定,例如,根据作业要求的地面分辨率,重叠度和机载设备参数,计算飞行航高以及飞行所需的曝光点坐标.基线长度.航线间隔等参数,并对计算好的航线进行质量检查.完整的无人机航空摄影测量系统主要包括飞行控制系统.地面监控系统.数据传输系统.地面保障系统.发射与回收系统五个部分.1)飞行控制系统.此系统主要包含飞行平台.通讯设备.飞行控制系统三个部分.无人机作为飞行平台,是整个硬件系统的重要组成部分,飞行控制系统借助GPS设备进行定位,借助IMU系统获取陀螺仪及加速度等平台的姿态参数,采用GPS与IMU结合算法计算无人机的飞行高度.飞行速率.横滚及俯仰等数据,及时接收并处理地面控制系统发送的信息,机载计算机以中央处理器为核心,依据所选航线,计算偏移规律,控制飞机依据事先设计的航线,定点曝光飞行.2)地面监控系统.利用地面监控系统的航线设计软件,在航空摄影前,做好飞行航线设计,在飞行过程中,指导无人机沿设计的航线自主飞行,同时,在飞行过程中,地面监控系统可实时显示飞机的飞行速率.飞行高度.飞行姿态.气象情况等参数,记录并存储飞行中的参数与数据.地面站人员可根据实时显示的飞行参数数据,对无人机的飞行状态进行实时监控.3)数据传输系统.本系统主要包含两部分：地面数据传输和空中数据传输.地面数据传输和空中数据传输均包含传输天线.数据接口.数字传输电台等；主要是为了相互传输飞行控制系统及地面监控中心的指令数据.4)地面保障系统.地面保障系统一般包含航空摄影保障设备及运输保障设备两部分,航空摄影保障设备指的是保障无人机进行航空摄影作业时所需的仪器设备,一般是户外设备.运输保障设备指的是包装仪器部件及无人机航空拍摄系统的运输箱,应为易损配件及重要设备设置专用的运输箱.5)发射与回收系统.本系统主要包含两部分,即发射与回收.发射部分是为了让无人机在一定时间内速度增加到起飞速度；回收部分是为了保障无人机的落地安全；发射与回收有两种方式：滑跑方式与弹射方式.滑跑方式一般在跑道上进行,要求比较高.在复杂的土地环境中无法进行滑跑时,一般采用迫降与降落伞回收.弹射方式则是一种新兴的直线推进技术,多用于短行程发射大载荷,在军事.民用和工业领域有着重要作用.3.1.2无人机航空摄影测量.人无人机航空摄影测量就是以无人机作为飞行平台,搭载高性能遥感设备,按照既定的精度要求,事先规划的飞行航线,对任务区进行航空摄影,获取任务区的影像数据信息,通过影像和地面所对应的既定关系,采用后期的数据处理软件对获取的信息进行数据处理,得到人们所需要的信息数据.采用无人机遥感平台进行小范围.大比例尺航空摄影,在实践中已经取得显著的效果和经验,是国家航空遥感技术的有效补充,以无人机作为搭载平台的低空航摄技术,为国家经济社会和文化建设发展提供了强有力的技术服务方式.随着土地管理法的颁布实施,土地调查作为的一项基本国策,土地调查的方法也呈现多样化,随着技术的发展,特别是RS.GPS.GIS技术.3S集成技术.计算机网络.通讯等技术手段的发展,以遥感技术作为土地调查方式,越来越受到人们的欢迎,卫星遥感,航空遥感,无人机遥感技术等,陆续被应用于土地调查中,以无人机遥感平台为代表的低空无人机航空摄影测量技术在土地调查中的应用越来越普遍,特别是在小范围.大比例尺.工期紧的土地调查中,无人机航空摄影测量方式以其自身的特殊优势,抢占市场领先地位.3.2无人机摄影测量技术数据获取.无人机遥感数据的获取是试验项目能否成功的关键,无人机的稳定性又决定着无人机的飞行质量和影像质量,对整个项目起着关键作用.在项目开始前,要收集测区的相关资料,现场实地踏勘,了解任务区的地形地貌.地质条件.交通条件.水文条件.气象条件等,收集到的大比例尺地形图和全球90米DEM可以作为航摄飞行设计用图,进行航线设计.然后根据测区的地形条件,图上寻找合适的起降场地,根据图上选取的起降场地,实地踏勘,看是否符合无人机的起降要求,同时,由于本实验项目采取的是POS系统辅助航空摄影及后期空三加密,因此,在航摄之前选取一个已知点架设GPS,该已知点应远离高压电塔,通讯塔,高大的树木等可能会遮挡或干扰GPS信号的物体,和无人机上搭载的GPS同步观测GPS信号,获取任务区的影像数据和POS数据,通过数据处理软件对POS数据进行解算,获取后期空三加密所需要的影像数据和POS数据.本实验项目使用的无人机是采用某公司自主研发的固定翼无人机,该无人机采用大载荷的机翼设计,可降低无人机在紊乱气流飞行中的颠簸,以确保无人机机体不被破坏,减低了无人机正常飞行时的抖动,大大提高了无人机的抗风能力,同时采用零度上反平直机翼设计,减小无人机的上反角可以减小升阻比,增加无人机的有效航程.降低侧风时的偏航力矩,减少偏航的发生.同时采用中置油箱的设计,避免因油量减少的同时,也会减轻飞机重量,造成升力加大影响动态重心,将油箱放置在重心略靠后,当油量减少重心微前移产生低头力矩克服多余平飞升力,飞行稳定性更强,获取的原始影像比较清晰,在飞行前,参考全球90mDEM(SRTM)地形数据进行航线设计,使得在航空摄影时无人机能按照既定的设计航线飞行,无人机获取数据流程如图3所示.3.3无人机摄影测量技术中的数据处理.在数字正射影像上,叠加地块.水系.道路.居民地等图层组成的矢量数据.行政界线数据.基本农田数据.地力等级数据等数据进行调查底图制作,利用数字高程模型数据和空三加密成果对航空摄影原始影像进行影像纠正.镶嵌.裁剪,制作数字正射影像,航空摄影完成后,主要得到原始照片数据,相机POS数据,展点数据等,要进行后期的无人机数据快速处理,还需要加入外业实测的像控点数据,和POS数据一起进行后期空三加密,DEM生成和DOM制作,而无人机遥感平台搭载的数码航摄仪像幅较小,数量多,影像畸变差较大等,因此在进行后期空三加密作业前,首先应对影像作去畸变处理,并采用POS数据辅助空中三角测量作业,减少外业像控点的数量,作业效率较高.在本次的任务区实验中,选用的是Inpho软件进行数据后期处理,Inpho软件是欧洲比较出名的航空摄影测量与遥感处理软件,我们采用Inpho软件其中的空三加密模块MatchAT,可以自动匹配连接点,其精度高.效率高,即使在沙漠.森林等纹理比较弱的区域也可以进行很好的匹配,大大减少了人工的干预度,提高了作业效率,采用Inpho软件进行数字正射影像的制作流程图如图4所示.3.4空中三角测量.3.4.1空三加密基本流程.空中三角测量也称为空三加密,它是根据航空摄影照片与所摄地表目标之间的空间几何关系,结合外业少量的像片控制点,在室内加密出更多控制点的方法,在航空摄影中,同一条航线及相邻航线的航摄照片均设计有一定的重叠,并且无航摄漏洞,在航摄照片5度或6度重叠区域,参照规范要求的布点方案选取像片控制点,进行外业测量.采用摄影测量的方法,建立同实地相对应的区域网模型,计算加密点的平面坐标和高程坐标.目前主要采用的空中三角测量方法是解析法,下面就简要介绍几种常用的空三加密方法,即航带法空三加密.独立模型法空三加密.光束法区域网空三加密.现如今,主流的空中三角测量模式按照其自动化程度被分为两种,即全自动模式.半自动模式.他们的优缺点都很明显:全自动模式是计算机通过影像自动匹配技术自动匹配全部的标准点,此种方式对影像质量要求很严格,此外,对地表物体及测量区域内的地形类别等也有要求.半自动模式与全自动化模式相比,需要采用人工在屏幕上测量.选取标准点,然后通过影像匹配获得很大的同名点,再将这些同名点与标准点一起平差运算.此种模式的特点是效率高,在航线间与模型间会产生很多的连接点,因而平差网很稳定,精度也很高,非常适用于复杂测量区域.市场上自动化程度不同的测量软件有很多,比如Helava系统.Inpho系统(德)等,主要是VirtuoZo(适普企业).JX-4等.虽然这些系统都有其独特长处及特点,但他们理论核心流程都是：自动匹配连接点(人工选点).平差计算.加密点的影像外方位元素和地面坐标.其中像点坐标都是采用多影像匹配及识别应用模式技术.3.4.2POS辅助空中三角测量.在项目实验中,我们采用POS系统辅助航空摄影,利用解算后的POS数据辅助后期空三加密进行作业,经过POS数据解算,将解算后的POS数据和外业像片控制点数据共同参与到空三加密,统一进行区域网平差,这种方法可以大大减少甚至无需外业像控点,就可以进行后期的空三加密,进而就可以提高野外作业的工作效率.空中三角测量的数学基础为经过变换后的共线方程,如公式(1)：3.5无人机新技术应用.无人机遥感数据的获取是试验项目能否成功的关键,无人机的稳定性又决定着无人机的飞行质量和影像质量,对整个项目起着关键作用.在无人机上加载POS系统,进行航空摄影,GPS差分定位技术获取曝光瞬间航摄仪的位置数据,惯性测量装置(IMU)可以获取曝光瞬间航摄仪的姿态数据,通过后期专用数据处理软件对POS数据进行数据处理,可直接获取每一张像片的6个高精度外方位元素,和少量的地面控制点数据一起,共同参与到后期的空三加密计算中,采用这种方法,可以大大减少地面像控点的数量,减少外业人员的劳动量.3.5.1POS辅助航空摄影.POS辅助航空摄影测量的方式主要有直接定向法和辅助定向法.1)直接定向法.直接定向法是指利用飞机上自带的惯性测量装置(IMU)和高精度差分定位装置(DGPS),在航空摄影的同时,除获取航摄影像外,同时获取影像的姿态数据和位置数据,通过对POS数据处理和事后GPS差分定位,获取航摄曝光瞬间航摄仪的精确位置和姿态,通过对系统误差进行检校和纠正,可以直接获得每张影像的6个高精度外方位元素,无需进行空三加密即可直接进行测图,这种航空摄影测量的成图方法无需引入地面控制点进行纠正,并且无需空中三角测量作业工序.2)辅助定向法.相比较于直接定向法,辅助定向法在空三加密过程中,加入了少量的地面控制点进行联合平差,将在航空摄影过程中获取的POS数据进行解算,得到每张像片的外方位元素,将POS解算数据和少量的地面控制点一起,共同参与区域网联合平差,获得每一张像片更高精度的像片外方位元素,利用高精度的像片外方位元素值进行定向测图的航空摄影测量方法.POS系统也称为定位定姿系统,它是由获取高精度位置信息的DGPS系统和获取高精度姿态信息的IMU系统组成,飞机上自带的GPS设备和架设在地面已知点上的GPS设备同步.连续地观测GPS卫星信号,通过差分GPS技术获取精密位置信息数据,利用惯性测量设备IMU获取曝光瞬间航摄仪的姿态信息,经过对POS数据进行处理,能够准确获得航摄仪曝光瞬间每一张影像的高精度外方位元素,从而实现少量地面控制点或无地面像控点甚至无需空中三角测量这道作业工序,就可以实现定向测图的航空摄影测量理论.技术和方法,大大缩短了航摄成图周期,提高了作业效率,降低了生产成本.本实验项目采用辅助定向法进行,在已知点上布设GPS,和飞机上的GPS同步接收GPS信号,通过对获取的POS数据进行解算,将解算后的POS数据和少量的地面像控点数据一起,共同参与到后期的空三区域网平差,获取高精度的影像外方位元素,进行后期数字正射影像制作.地块采集,调查底图制作,外业权属调绘.3.5.2免地面像控点.无人机在飞行中可能存在姿态稳定性较差.影像质量较差等问题,此时需布设足够数量.结构稳定的地面像控点,才能保证测区成果的作业精度.但是在河湖环境下进行测量时,如果存在带状河道.植被茂密及裸地面少等问题,就会使得实际作业无法布设结构和数量均达标的像控点,导致后期成果精度无法达到相应的测绘精度,在一定程度上限制了无人机遥感技术在河湖遥感监测中的应用.近年来,随着GPS技术的快速发展,GPS测量精度越来越高,设备重量越来越轻,体积也越来越小,逐步广泛应用到无人机上.结合GPS辅助空中三角测量技术,可有效地减少像控点的数量甚至完全不使用像控点,大大提高无人机作业效率.免像控无人机航摄系统结合精密测时技术和载波相位差分技术(RTK),可获取高密度.高精度的航空制图像控点,通过RTK来实时获取每一张像片拍摄的准确位置,取代传统的地面控制点,这种精密定位技术使得像片位置信息实现与地面控制点相同的功能.通过无人机获取的影像,经过特定的影像处理软件导出DOM.DEM.点云,无需空中三角测量加密等流程.由此可达到无需布设地面像控点的目标,降低了危险区域外业布设像控点的难度与危险度,大大降低了外业成本.3.6地块信息采集.按照农业部农村土地承包经营权调查规程NY/T2537-2014的技术要求,地块数据信息的采集主要有三种方法,图解法.航测法.实测法,也可以是任意两种或三种的组合法.在农村土地承包经营权确权中,地块信息数据是最主要的数据之一,相比较而言,实测法就是由村民双方实地指界,现场采用RTK仪器设备实地测量地块界址点的方法,精度最高,但是耗费大量的人力.物力.财力,和更多的时间,相应的延长了项目工期,同时作业成本较高.航测法就是在全数字摄影测量工作站上,立体采集地块边界.沟渠.道路.居民地边界等等,其精度相对较高,但是却可以节省很多劳动力,效率高.图解法精度最低,同时也与调查用工作底图的质量.清晰度有关,首先由内业判读影像,采集地块边界,再进行野外检测,当内业解译界址点和实测界址点的误差在规范允许的范围内时,采取解译界址点坐标,如图解法达不到精度要求,或实地对地块边界有争议的,利用全站仪.GPS-RTK等仪器设备,根据村民实地指界,现场采集界址点坐标,这也是图解法和实测法相结合的技术方案.在本实验项目中,在时间和精度要求都挺高的情况下,经过探究,采用航测法和实测法相结合的技术方案来进行,这样既可以保证地块边界的正确性,又能保证在规定的时间内完成任务,首先在全数字摄影测量系统立体采集地块边界,再实地检核界址点坐标,当立体采集界址点坐标和实测界址点坐标误差在规范允许的范围内时,采取解译界址点坐标；当实地和解译界址点坐标有争议或航测法达不到要求的,利用GPS-RTK.全站仪等仪器设备,实地根据居民指界采集界址点坐标,这种方式与图解法和实测法相结合的方式雷同,但是,相对图解法和实测法相结合的方法,精度较高.
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