高精度城市测量系统---飞艇航测遥感系统

1、无人飞艇低空 1:500航测与高精度倾斜摄影 生产技术 苏国中 中国测绘科学研究院 北京测科空间信息技术有限公司,一次飞行=大比例尺测图+建筑物纹理获取,目录,低空1:500航测飞艇系统技术性能及组成 低空组合宽角相机技术 低空1:500航摄技术 1:500航测野外布控技术 1:500航测空三技术 小相幅测图与建筑物纹理采集技术 1:500航测与城市三维建模生产实践,1、无人飞艇低空航测系统性能1/2,野外布控作业时间可控，可以飞行前也可以飞行后； 突破传统1:500航测全野外布控规范，实现区域网布控，满足航测内业“空三”要求； 突破传统航测立体模型高程精度限制，实现了航测内业直接采集1:500地形高程点目标； 解决了低空航测DLG生产效率问题，达到了与传统大航空摄影测量DLG生产同等效率； 完成了大比例尺航测生产工艺设计，实现了航测作业全程可控,载组合宽角四相机执行城市1:500航测任务，每架次可完成1015平方公里，每天可完成13架次；,1、无人飞艇低空航测系统性能2/2,提高了城市数据获取效率: 精确获取建筑物侧面纹理，纹理影像姿态精度与地形图数据精度完全一致，有利于加快城市三维

2、模型生产速度。,载组合宽角五相机执行城市1:500航测和建筑物侧面纹理获取，每架次可完成510平方公里,一次飞行=大比例尺测图+智慧城市景观建模,1、无人飞艇低空航测系统组成框图,低空飞艇 平台,组合宽角 相机,立体测图 工作站,影像处理 工作站,飞艇平台,飞行保障系统,成像光学系统,测姿定位系统,稳定平台系统,高速网络,大容量存储,大内存PC机,立体显示设备,立体采集设备,PC计算机,飞控导航软件 飞行安全控制软件 航线规划软件,相机检校软件 二次计算成像 GPS差分解算软件 惯导与测量设备时统软件,匀光、金字塔创建等影像预处理 低空影像姿态高精度解算软件 DEM/DSM生产 DOM生产,实时核线 自动模型切换 与CAD无缝联机测图 支持LiDAR、线阵、卫星影像测图,1、无人飞艇低空航测系统运行现场,1、无人飞艇低空航测系统地面设备,飞艇是城市最安全的飞行器,以无人飞艇为遥感平台,成功构建1:500大比例尺测图系统,无人飞艇平台地面保障车,无人飞艇平台氦气保障车,无人飞艇平台氦气保障车,无人飞艇平台移动艇库,低空组合宽角相机系统,CK-LAC组合宽角相机系统,光学机械系统,电子控制

3、系统,测姿定位系统,自检校组合二次计算成像,测姿定位系统组成,13,13,自稳定成像控制设备,测姿陀螺,高精度定位双频GPS板,成像时序控制板,低空组合宽角相机系统20公斤,14,五倾斜影像转换成单中心投影影像（世界尚无先例） 一次飞行 = 大比例尺测图 + 智慧城市景观建模,2 低空组合宽角相机技术,为什么测科低空飞艇航测系统能突破传统摄影测量规范实现1:500航测成图？ 为什么测科组合宽角影像模型的高程精度高于UCX、DMC、ADS40等国际品牌相机，实现1:500航测内业采集地形高程数据的目标？,从相机设计、多测量设备综合数据获取、生产工艺、数据处理方法等四个方面讲起。,2.1 低空组合宽角相机测绘精度,航测规范： B/H=0.75 单反相机： B/H=0.20,2.2 相机相机的检校,地面静态检校 飞行动态检校 多相机联合自检校,1/3) 地面静态检校,模型： dx=x*(A1*r2+A2*r4+A3*r6)+ P1*( r2+2*x2)+2*P2*X*Y+ C1*X+C2*Y dy =y*(A1*r2+A2*r4+A3*r6)+ 2*P1*X*Y+P2*( r2 +2*y2)

4、,19,2/3) 帘幕快门动态影像变形,帘幕快门,成像时间：0.01 秒,动态变形,六自由度运动,2/3) 飞行动态检校,相机曝光不同步 瞬间飞机运动 （6个自由度） 引起重叠影像视差,TA=TC+T,动态模型 ds = v*dt,t=相机间距/航速 T2=T1+t,T1时刻左倾成像,T2时刻右倾成像,飞行航线,21,3/3)相机间曝光时间差动态形变,独特的组合构像设计,将机械形变转换为重叠区影像视差,用摄影测量方法实现自检校,DMC,UCX,3/3)自检校轻薄机械产生的影像变形,国际品牌航空相机组合构像,3 低空航摄,低空摄影测量的主战场在我国星罗棋布城镇人口密集区域，小到几公里平方大到几百平方公里。依据这些特点低空航摄需要解决以下技术问题： 1）150米500米的低空航线规划必须考虑地形高的变化；需要比大航空摄影测量更加严格的航线规划； 2）零碎、密集的航摄任务要求有快速、准确的航线规划软件； 3）低空宽角摄影比高空摄影需要更加准确的控制影像曝光量，以确保影像总体色调； 4）低空航摄应该充分考虑利用GPS、惯导、自驾仪、先进导航仪等现代测绘技术和手段。,3.1 低空航线规划软件,低

5、空航线规划与导航软件（NavGT)特点 组合全国DEM数据、只要给定测区范围就可以设计精细低空飞行计划； 有人机和无人机低空航摄飞行精细导航经过了生产检验；,3.1 低空航线规划软件,3.3 GPS动态差分解算,单点PPP解算 利用GPSCS站解算 20公里范围地面基站解算,解决相机曝光时刻摄站点地理坐标问题 解决GPS与IMU组合姿态测量问题 相机控制系统、飞控系统、位姿测量系统同步问题,4. 1:500航测野外布控,4. 1:500航测野外布控,4. 1:500航测野外布控,4. 山东济南小清河飞行布控方案,5 低空1:500航测空三技术,高精度空三主要解决如下几个问题： 1）大旋偏角影像高可靠性匹配 2）GPS、DEM约束的相对定向 3）绝对定向问题 4）精度评判问题,5. MAP-ATM现代空中三角测量软件,专门针对低空无人机复杂姿态设计； 基于GPS数据的快速航线编排； 测区自动挑片和快速组网； 自动相对定向和自动组网平差； 独特的全局影像和分级局部精确匹配； 引入RANSAC分组选优和粗差剔除算法； 支持GPS和IMU联合区域网平差； 基于网络SQL数据库的空三成果管理；

6、全面引入GPU计算技术，实现影像处理和同名点快速匹配； 高精度区域网平差； 简单便捷的图形操作界面。,5.1 绝对定向问题,大地测量中的7参数简化模型= 摄影测量中的绝对定向简单模型,5.1 绝对定向问题,大地测量中的7参数简化模型= 摄影测量中的绝对定向简单模型,5.1 绝对定向直接解,5.1 绝对定向稳健估计,5.2 空三精度的评判问题,现象1：相对定向中误差，仅仅表明所使用的匹配同名点一致性是否符合要求，相对定向中误差小于0.3像素，而模型间可能还存在大误差的情况是存在的； 现象2：参与平差的控制点误差小，不一定意味着绝对定向精度很好。,5.2 空三精度的评判问题,办法1：严格按区域网布控； 办法2：考虑飞构架航线； 办法3：不能随意省弃控制点或其多度重叠点； 办法4：检查连接点的数量和分布； 办法5：引入GPS和IMU约束的联合空三求解。,6 小相幅测图技术,立体模型的清晰度 立体模型的精度 自动切换立体模型 自动核线 1:500航测生产实践,6.1影像立体测图系统软件,小像幅立体采集模块 线阵影像立体采集模块 卫星影像立体采集模块 激光点云测图模块 DEM 采集与编辑模块 与

7、CAD联机测编一体化模块 地籍数据处理模块 工程计算模块 地图管理模块 数据库联机存储管理模块 多源数据接口模块 国标2008 1:500至1:5万符号库,产品模块,6.2 影像立体测图系统软件功能,多源数据接口: 能接收几乎所有传统航空摄影测量空三成果，如MAP-AT、VirtuoZoAAT、Jx4、PATB、MATCH-AT、BAE Socet Set、SSK等； 提供包括自动核线、自动立体模型切换在内的大量地理三维数据采集工具； 可接收LiDAR激光点云数据，实现三维地理信息数据采集； 高清晰立体模型和自动模型切换极大地提高了作业员工作效率 建立了我国2008年版标准的1:500至1:5万地形图符号库； 地籍资料处理，工程计算，地图自动分幅管理； 可建立卫星/航空/低空影像，正射影像，LiDAR点云，SAR影像等数据的立体测图环境； 实现了三维地形数据的参数化管理和测编一体功能； 强大的原始影像数据管理和可视化能力； 依据作业员习惯定义自己数据采集的工作环境，极大的减少培训成本。,5.1 绝对定向稳健估计,布朗模型和埃布纳模型,6.3 MAP-LCS满足最新测绘规范要求,支持我国

8、2008版1:5百到1:5万的测图符号库,6.4 LandScap点云工作站,6.5 MAP-LCS线阵和小像幅影像立体测图设备,引入多种输入设备，兼容国内所有手轮角盘和国外多种流行的3D鼠标以及游戏操纵杆立体量测输入；,6.6 DEM生产软件,MAP-DSM自动匹配模块:利用空三结果全自动完成密集点匹配，得到密集点云数据； MAP-DSMEDIT滤波分类模块：提供自动和人工交互的方式进行点云数据滤波分类，全面支持激光雷达点云数据，软件使用智能算法对地物复杂区域进行处理，能有效的从数据从识别地形点； MAP-LCS 立体采集模块：提供立体环境进行地形点、特征线的采集，并用特征点和线作为约束条件进行三角网的构建，得到测区准确DEM数据。,DEM生产软件包括如下三种解决方案,6.7 MAP-DSM 自动生成DEM软件,软件功能,测区整体密集点云匹配； DSM的切割与合并； 不同地形数据自动滤波； 离散点构三角网功能； 离散点内插DEM、TIN； 定向点批量生成DEM 由TIN或离散点内插DEM,离散点构建三角网,6.8 DSM编辑模块的主要功能,兼容各种格式数据导入； 提供数据的3D漫游和

9、2D显示功能； 提供2D和3D交互式的编辑界面； 提供不同类型的数据滤波算法； 提供丰富的数据可视化方案； 提供数据合并和分割功能； 提供三角网显示功能； 提供不同类型DEM插值拟合算法； 提供三维交互编辑功能； 提供丰富的三维和二维操作工具； DSM与DOM交互式编辑工具；,6.9MAP-DOM自动生成模块功能,由DEM生成单幅正射影像 TIN生成单幅正射影像 DEM批量生成正射影像等功能 航空影像脚印图显示； 测区海量DOM影像一体化显示，漫游功能； 拼接线自动生成功能； 拼接线编辑调整功能； 影像自动匀光功能； 控制点最优DOM选片功能； DOM多重叠加分析功能（透明和分层）； 超大图像一次输出功能(超4G影像）； DOM与DEM交互式编辑功能，修补DOM变形扭曲问题,7 1:500航测生产实践,飞艇1:500测图与倾斜纹理采集生产实例,山东微山岛1:500飞艇航测工程,采用技术手段：飞艇航空摄影飞行和数据处理； 生产目标：航测内业DLG生产平面和高程精度全部达到1:500测图测绘规范要求。,保障低空航测精度 符合测绘精度要求的三大要素,1. 相机 ：视场角、能否低空飞行、检校,2.地面布控方案：控制点的测量精度、控制点的成像分辨率,3.飞行方式：高度是否合适、航线布设是否合适、曝光重叠度是否合适、GPS基站架设是否合适,53,高质量航摄影像,54,55,56,57,平差总体精度,位置中误差: x=0.008 m y=0.008 m z=0.013 m 方向中误差: omega=1.9 mdeg phi=2.4 mdeg kapp=0.7 mdeg 相对定向中误差：x=0.011 m y=0.009 m z=0.004 m 自动量测点残差：x=3.604 micron y=3.110 micron 手工量测点残差: x=6.081 micron y=5.292 micron (PixelSize=6.35) 绝对定向中误差 x= 0.010 m y=0.007 m z= 0.008 m 控制点最大误差 x=-0.171 m y= -0.177 m z=0.109 m,

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