无人机航空摄影测量系统引进与发展

重庆测绘院无人机航摄系统引进与发展杨洪二0一一年十一月国家测绘地理信息局重庆测绘院交流内容无人机航摄系统引进与发展历程技术改进成功案例下一步的工作国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程无人机航摄系统的推广应用是国家测绘地理信息局提升我国测绘技术装备水平的重要内容之一。作为传统航空摄影测量手段的有力补充，无人机航摄系统的应用不仅能够大幅提升测绘应急保障服务能力，而且在构建数字中国、监测地理国情、提升社会管理效能等方面也发挥了积极作用。我院作为第一批的5个生产性试点单位，率先进入了无人机航摄系统推广应用的队伍，为探索掌握无人机航摄系统在生产中技术应用的全过程，使其快速形成成熟的作业流程和技术规范，迈出了坚实的一步。在发展过程中，我院得到了国土测绘司、中国测绘科学研究院的悉心指导和热情帮助。我院领导对试点工作也高度重视，采取积极措施，使试点工作取得一定的成绩。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程（一）提早谋划，积极探索早在2009年，我院就已经利用中测新图遥感技术有限责任公司提供的的无人机影像开展了《无人机低空航摄系统可行性应用研究》的试验项目，以便达到了解掌握无人驾驶低空航摄系统的内外业生产流程、掌握其外业像控布点方案、施测方法、内业数据处理方法、检测其成果精度，了解现行市场上主要实际应用的几种小飞机的各项性能参数、生产成本、应用的领域、应用的风险以及国家现行空域管制政策的目的，从而验证无人飞机应用的可行性。对无人机航摄系统的内业数据处理有了一定的认识，形成有参考价值的作业流程和技术手段。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程该试验项目位于重庆市璧山县广普镇，整个项目区面积约60个平方公里。项目区地形类别为丘陵，最低海拔高度256米，最高海拔高度326米，共15条航带，共计870张航片，拍摄面积约59平方公里，具体情况如下表所示：国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程本项目共划分了1：10000、1：2000和1：500三种比例尺分别进行3D产品试生产试验。1、外业像控1:10000布点方案•1：10000试验范围我们选择了整个航摄区约60个平方公里，因无人机航片以前从未接触过，其点位到底该如何布设没有成功经验可以借鉴。本项目摄区共15条航线，每条航线有57条基线，根据此特点，本着试验尝试的目的，像控点在布设时在基线跨度上尽量放大，在航线跨度上也尽量尝试不同航线跨度，检查点布设在控制最弱部分。其方案详情如下：国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程1：2000布点方案•1：2000试验范围我们选择了整个航摄区东南6幅1：2000图幅，像控点布设范围约12幅的范围，主要考虑到是图幅范围太小，航线数很少，在对航线跨度上摸索弹性就小。本次试验共选择了7条航线，每条航线23条基线，根据此特点，本着试验尝试的目的，在基线跨度上适当放大，在航线跨度上也尽量尝试不同航线跨度，检查点布设在控制最弱部分。因1：2000试验区域完全在1：10000试验区域内，部分1：10000像控点和检查点也会作为1：2000试验检查点（不包含在以下方案中）。其方案详情如下：国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程1：500布点方案•在1：2000试验范围东南角选择了约1.3平方公里范围内作为1：500试验范围。该范围共跨越了3条航线，每条航线7条基线。因1：500精度要求在本次试验中最高，故在布设不管是像控点还是检查点时，都尽量从紧布设。因1：500试验区域完全在1：10000和1：2000试验区域内，部分1：10000和1：2000像控点和检查点也会作为1：500试验像控点和检查点（包含在以下方案中）。其方案详情如下：国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程2、空三加密1:10000加密情况•根据实验目的，内业加密对外业布点方案进行检核，并最大程度的减少外业工作量，尽量用最少控制点加密完成，为此，特分别针对平面和高程制定了4套加密布点方案，经试验验证，平面控制布设采用周边8点法布设；高程控制采用旁向每2条航线,航向每15条基线跨度布点，能满足1：10000成图精度，其布点方案如下图所示。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程备注：红色为平高控制点，蓝色为高程控制点，绿色为检查点。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程1:2000加密情况•对1：2000精度的验证时本次试验的主要目的，本次试验选取了1：10000区域东南面的从丘陵过渡到山地的6幅1：2000图幅范围作为加密实验区域，该试验区跨越7条航线，每条航线23条基线。先按外业布设控制点进行加密，看其是否能达到1：2000加密要求。然后通过对控制点的不断调整，尝试出该测区能用的最少控制点布设方案去达到1：2000加密的精度要求。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程•共制定了3套加密布点方案，经试验验证，平高控制采用旁向每2条航线,航向每12条基线跨度布点；在网间平高控制点稀少区域加布少量高程控制点。，能满足1：2000成图精度，其布点方案如下图所示。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程备注：红色为平高控制点，蓝色为高程控制点，绿色为检查点。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程1:500加密情况•在1：2000试验范围东南边选取了一块控制点相对密集的区域进行了1:500的试验，选用平高控制点15个，高程控制点6个，检查点（多余控制点）8个。说明：蓝色为平高控制点，品红色为高程控制点，红色为检查点国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程1：500加密精度达不到规范要求。分析其主要原因有如下几个：•航片资料在航飞设计时，主要是以1：2000成图精度设计考虑的，该航片影像的地面分辨率(0.17m)达不到1：500测图精度要求。•1：500布点方案在制定时不完善，测区东南面有座大山，且山上的点在布设时，移动范围过大，对后期加密有一定影响。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程DLG采集•在加密精度满足1:2000情况下在MapMatrix中进行立体采集。立测时定向精度满足1:2000测图要求。采集时按地物、地貌先后全要素采集，采集顺序为：交通→水系→居民地→工矿→植被→地貌土质→管线。•这次采集试验中主要存在如下些问题：•1）模型范围小而数量多，1幅1：2000图幅须24个模型，使得采集时模型的选取和接边工作量很大。•2）模型接边误差较大，约0.8m左右，但满足1：2000测图精度要求。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程1:10000DEM、DOM制作由于无现有DEM数据，在制作DOM前需生产DEM。该实验采用了以下两种方式进行DEM生产:•1)使用VirtuoZo、MapMatrix(适普公司)等立体测图工作站自动匹配生产DEM，但大部分匹配精度非常差，人工编辑量太大，无法满足DOM生产的需要。•2)在西部项目部下发的demix-pix（测绘科学研究院）平台中进行匹配生产DEM，其精度较高，能够满足DOM的生产，但是其匹配速度非常缓慢，１个模型约需要半个小时，由于该模型的覆盖面积太小，生成一幅1:10000的DOM约需要250个模型，这使得单片的生产和拼接处理都非常复杂。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程1:2000DEM、DOM制作利用采集的三维DLG数据内插生成DEM数据，从而进行DOM的制作。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程DOM制作难点在整个生产试验过程中，经分析总结，DOM制作有如下些难点：•1）若无已有DEM数据或三维采集数据时，DEM制作难度较大。•2）模型覆盖范围太小，使得DOM制作时需要的模型数非常多，不管对单片的生成还是拼裁处理以及后续的修改工作都大大增加了难度。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程•3）模型间的接边误差较大，致使单片拼接时容易出现错位现象，后续修改工作量很大，且手工修改很容易使影像的平面精度超限，如下图所示。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程结论•经试验验证，基于无人飞机的DLG、DOM、DEM试生产产品成果满足1:10000与1:2000的规范要求。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程•（二）全力试生产，总结经验•2010年4月，我院开展生产试验，利用无人机航摄系统对重庆市铜梁县石鱼镇辖区8平方公里进行3D产品生产试验，并根据试验结果，总结编写了《无人机低空航摄系统试验报告》、《无人机低空航摄系统安全规定》、《无人机低空航摄系统作业指导书》、《无人机低空航摄系统质量控制办法》，使我院无人机航摄系统在对地理信息的快速获取和处理上奠定了基础。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程•（1）2009年12月参加无人机飞行基础知识培训，并取得中国航空运动协会的颁发的《无线电遥控飞行执照》和国家测绘局颁发的《固定翼无人机航摄遥感系统航摄培训结业证》•（2）2010年3月完成无人机低空航测系统的交接•（3）2010年3月15日-2010年4月1日接受中国测绘科学研究院组织的MAP-AT空三软件操作培训。•（4）2010年4月，以铜梁县石鱼镇联丰村土地整理项目开展试生产，收集相关的资料，并开展无人机低空航摄系统生产试验。国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程我院装备的CK-GY04型无人固定翼飞机航空摄影系统性能参数飞机翼展2.84米机长1.95米载油4升总航程180KM续航时间3小时助推弹射器20-35KG载荷航空发动机62cc排量（进口）双相机系统佳能EOS5DMarkII起飞重量25KG起降方式弹射/伞降国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程性能参数飞机翼展3米机长2.5米载油4升总航程180KG续航时间3小时助推弹射器20-35KG载荷航空发动机DLE111双相机系统佳能EOS5DMarkII起飞重量30KG起降方式滑跑我院引进的“快眼”无人固定翼飞机航空摄影系统国家测绘地理信息局重庆测绘院无人机航摄系统引进和发展历程组织机构•2010年初成立了基于无人机的高分辨率数字影像领导小组和作业小组。•领导小组由副院长任组长，副总工任副组长，领导小组负责调度外业影像获取协调指挥、内业数据处理协调指挥、技术问题处理、成本结算等相关工作。•作业小组由外业、内业分院主任工程师分别担任正副组长，作业小组在领导小组的组织和安排下为院各生产单位提供满足要求的数字影像。国家测绘地理信息局重庆测绘院任务目标•一是探索特定数据的快速获取、处理以及测绘成果的快速提供，掌握及完善无人机航摄系统内外业生产的全部工艺流程，确保快速形成生产能力。•二是通过基于无人机航摄系统的3D产品生产试验，初步形成相应的测绘生产技术规程、成果检查质量标准和安全生产规程，并形成与之相适应的生产模式，指导我院今后的实际生产。•三是客观、准确掌握无人机航空摄影测量的实际成本，形成无人机航空摄影项目的合理定额标准，有效控制无人机航摄项目的生产成本，提高生产效率，增强市场竞争力。无人机航摄系统引进和发展历程国家测绘地理信息局重庆测绘院铜梁县石鱼镇联丰村土地整理项目试生产试生产区域概况•试生产区位于重庆市铜梁县石鱼镇行政辖区内，总面积约8平方公里。测区以丘陵地形为主，属亚热带季风性湿润气候，夏热冬暖，湿润多阴，气温高，雨季长，霜雪少，阴天多，湿度大，光照强度较低。•试生产区最高点平均高程约为332米，最低点平均高程约为264米，相对高差约为68米，东西长约2.1公里，南北长约3.5公里。试生产区交通条件较好和通讯条件良好，便于像控点布设、野外调绘和精度检查。国家测绘地理信息局重庆测绘院铜梁县石鱼镇联丰村土地整理项目试生产无人机航摄试生产情况•该试验针对1:1000、1: