無人機航測基本知識點與應用

一、無人機航測基礎知識

無人機航測是傳統航空攝影測量手段的有力補充，具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業成本低、適用范圍廣、生產周期短等特點，在小區域和飛行困難地區高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優勢。

隨著無人機與數碼相機技術的發展，基于無人機平臺的數字航攝技術已顯示出其獨特的優勢，無人機與航空攝影測量相結合使得“無人機數字低空遙感”成為航空遙感領域的一個嶄新發展方向。

下面，我們一起來看下無人機航測需要了解的21個基礎知識。

1.航線計算公式

相對航高 = 主距f * 比例尺分母m = f * m （1：m）

基準面高 = （最高點 + 最低點 ）/ 2

絕對航高 = 基準面高 + 相對航高

m = 地面分辨率 / 像元大小

Lx相片寬度；Ly相片高度；p航向重疊度；q旁向重疊度；

攝影基線B = Lx*m*(1-p)；

航線間隔D = Ly*m*(1-q)；

分區航線條數 = 分區寬度 / D；

每航線照片數 = 航線長度（分區長度）/ B;

每航線照片數 = （航線長度 + 2B）/ B ，因為要求兩端需要超出攝區邊界不少于1條基線，因此要加上2B

相片總數 = 分區航線條數 * 每航線照片數

攝區模型數 = 分區航線條數 * （每航線照片數 - 1）

2.重疊度

像片重疊度：是指飛機沿航線攝影時，相鄰像片之間或相鄰航線之間所保持的影像重疊程度。前者稱為航向重疊度，后者稱為旁向重疊度。以像片重疊部分的長度與像幅長度之比的百分數表示。

為滿足航測成圖的要求，一般規定：航向重疊度為60%，最少不得少于53%；旁向重疊度為30%，最少不得少于15%；當地形起伏較大時，還需要增加因地形影響的重疊百分數 。

根據項目需求不同，重疊度可做以下調整：

1）航測生產地形圖：航向重疊度一般設置為80%，旁向重疊度一般設置為60%，記為(80x60)。

2）生產正射影像DOM，航向重疊度一般設置為70%，旁向重疊度一般設置為60%，記為(70x60)。

3）無人機傾斜三維建模要求航向重疊度和旁向重疊度至少均為70%，記為(70×70)。

3.旋偏角

像片旋偏角：相鄰兩像片的主點連線與像幅沿航帶飛行方向的兩框標連線之間的夾角稱為像片的旋偏角。

像片旋偏角是由于攝影時航攝機定向不準確而產生的。旋偏角不但會影響像片的重疊度，而且還給航測內業作業增加難度。因此，對像片的旋偏角，一般要求小于6°，個別最大不應大于8°，而且不能連續三片有超過6°的情況。

序號	航測比例	尺旋轉角
1	a<1:7000	一般<6°，個別<8°
2	1:3500>a≥7000	一般<8°, 個別<8°
3	a≥1:3500	一般<10°,個別<12°

4.航測比例尺選擇

成圖比例尺	航攝比例尺	地面分辨率(m)	地面采樣間隔（GSD）/cm
1：500	1：2000~1:3500	0.1	4~7
1：1000	1：3500~1:7000	0.1	7~14
1：2000	1：7000~1:14000	0.2	14~28
1：5000	1：10000~1:12000	0.5	20~40
1：10000	1：12000~1:40000	1.0	40~80
1：25000	1：2.5萬~1：6萬	2.5	50~120
1：50000	1：3.5萬~1：8萬	5.0	70~160

5.多像空間前方交會

多像空間前方交會：利用外方位元素和待求點像點坐標，解出待求點三維坐標。

3個內方位元素（x,y,f）

5個相對定向參數（2線+3角）

6個外方位元素（3線+3角）

7個絕對定向元素（3線+3角+1伸縮）

6.控制點布設

像片控制點是直接為攝影測量的控制點加密或測圖需要而在實地布設并進行測定的控制點。

平坦地區：航向上4條基線布設1個平高控制點，旁向上每2條航線布設1排平高控制點（外業像片控制點的布設）

丘陵地區：在平坦地區的基礎上，在航帶每2排平高控制點之間，增加1排高程控制點；（外業像片控制點的布設）

每個像對不少于6個內業加密點，立體測圖時，不少于4個基本定向點（內業加密點的要求）；

像片控制點的目標影像應清晰易讀，控制點應布設在航向、旁向6片重疊范圍內，選定困難時也可以在5片重疊范圍內；

控制點建立圖像邊緣不少于1~1.5cm，對于數字影像或衛星影像距離圖像邊緣不少于0.5cm，沒有特殊說明的話，不少于1.5cm；

立體測圖時每個像對4個基本定向點，離通過向主點&垂直于方向線的直線，距離少于1cm，最大不超過1.5cm；

7.控制點精度

像控點的精度：相對于基礎控制點，不超過地物點平面中誤差（0.6mm、0.8mm）的1 / 5（特殊），高程精度為1 / 10的基本等高距；

圖根點精度要求：相對于基本控制點的點位中誤差不應該超過圖上0.1mm，高程中誤差不應該超過基本等高距的1 / 10；

全站儀、GPS校核地物點位置較差：檢測結果與已知成果的平面較差少于圖上0.2mm，高程較差少于基本等高距的1 / 5

界樁點平面位置中誤差：不應該大于圖上±0.1mm；界樁點高程中誤差：不大于基本等高距1 / 10（0.1h），困難地區1 / 2；

航測成圖，1:500 ~ 1:2000圖上地物點相對最近野外控制點的平面位置中誤差（單位：mm）（圖上）

#	平地、丘陵	山地、高山地
加密點平面位置中誤差	0.4mm	0.55mm
地物點平面位置中誤差	0.6mm	0.8mm

8.DEM格網點

數字高程模型（DEM）網格尺寸：1：500~1：2000（1：n）網格尺寸少于0.001n（1/1000）；1：5000~1：10萬的網格尺寸不應大于0.0005n（1/2000）；

DEM格網點相對于臨近野外控制點的高程中誤差（m）

#	DLG基本等高距	DEM網格點高程中誤差
平地、丘陵	1	1
山地、高山地	2	2.4

9.航空攝影質量元素和檢查

航空攝影測量的質量元素和檢查項包括：

1.飛行質量：

基本要求包括：1）像片重疊度；2）像片傾角；3）像片旋偏角；4）航線彎曲度；

非基本要求：1）航攝設計；2）最大最小航高差；3）邊界覆蓋保證；4）像點最大位移值；

航攝比例尺>1：5000時，航線上相鄰像片高差不大于20m，航線最大最小航高差不大于30m；

航攝比例尺 ≤1：5000時，航線上相鄰像片高差不大于30m，航線最大最小航高差不大于50m；

2. 影像質量：1）影像最大、最小密度；2） 灰霧密度；3）反差；4）沖洗質量；5）色調；6）清晰度；7）框標影像（框標和數據記錄）；

3. 數據質量

4. 附件質量：1）分區圖；2）分區航線結合圖；3）攝區、分區、航線、像片結合圖；4）其他注記，圖表；

10.像片控制質量元素和檢查

像片控制測量成果的質量元素和檢查項目：

1. 數據質量 ：1）數學精度；各項閉合差、中誤差；2）觀測質量；觀測手簿；

2. 布點質量：布點的合理性；（不需要埋石）

3. 整式質量：控制點判、刺的正確性；

4. 附件質量：布點略圖、成果表；

（注意：沒有飛行、像片質量；應該僅僅是野外測量控制點）

11.空中三角測量成果質量元素

空中三角測量成果質量元素

1. 數據質量：1）數學基礎；坐標系、投影；2）平面精度；內業加密點的平面精度；3）高程精度；內業加密點的高程精度；4） 接邊精度；區域網接邊精度；5）計算質量；內定相、相對定向精度，多余控制點（校驗點）不符值（殘差）；公共點較差；

2. 布點質量：定向點、檢查點、加密點的布置；

3. 附件質量；

12.像片調繪成果的質量元素

像片調繪成果的質量元素：

1. 地理精度：地物、地貌調繪的全面、正確性；各種注記的正確性、合理性；

2. 屬性精度：各類地物、地貌性質說明、數字注記；

3. 整飾質量；

4. 附件質量；

13.航攝分區基本原則

航攝分區時，應遵循的基本原則：（分區界限、區內高差、區內景物反差、分區跨度在xx情況下盡量大、破圖幅分區、GPS分區界線，加密分區界線一致）

1. 分區界線應與圖廓線相一致；

2. 分區內地形高差一般情況下不大于1 / 4 相對航高； 當比例尺大于等于1：7000時，分區內地形高差不大于1 / 6的相對航高；

3. 應根據成圖比例尺確定分區最小跨度，在地形高差許可的情況下，航測分區的跨度應該盡量大，同時分區劃分還應考慮用戶提出的加密方法和布點方案；

4. 當地面高差突變，地形特征顯著不同時，在用戶認可的情況下，可以破圖幅，劃分航攝分區；

5. 分區內的地物景物（不是地物）反差，地貌類型應該盡量一致；

6. 劃分分區前，應該考慮航攝飛機側前方安全距離與安全高度；（安全高度比最高點大于100m）

7 當采用GPS輔助空三航攝時，確保分區界線與加密分區界線相一致，一個攝影分區可以涵蓋多個完整的加密分區；

14.航線敷設基本原則

航線敷設的基本原則：（飛行方向；航線、首末航線；像主點落水；構架航線；調整比例尺，GPS）

1.按東西向（2018）直線飛行；

特定條件下亦可根據地形走向與專業測繪的需要，按南北向或沿線路、河流、海岸、境界等任意方向飛行。

2. 使用常規方法敷設航線時，航線應平行于圖廓線。位于攝區邊緣的首末航線，應設計在攝影區邊界線上或邊界線外。超出邊界線的范圍，一般不少于像幅的50%，最少30%；（要求兩端需要超出攝區邊界不少于1條基線）（分區界線應與圖廓線相一致）（目前主流的像幅為23cm x 23cm）

3. 水域、海區常規敷設航線時，應盡可能避免像主點落水，要確保所有島嶼覆蓋完整，并能構成正常重疊的立體像對；

4. 在荒漠，高山區等隱秘地區和測圖控制作業特別困難的地區，可以敷設構架航線（就是垂直于主航線的航線），構架航線根據測圖控制點布設設計的要求設置；

5. 如航線按圖幅中心線或按相鄰圖幅公共圖廓線敷設時，應注意計算最高點對攝區邊界圖廓和相鄰航線重疊度的影響；當出現不能保證的情況，應調整航攝比例尺；

航測比例尺分母/成圖比例尺分母 = 3~3.5倍時，按按圖幅中心線

航測比例尺分母/成圖比例尺分母 = 6~7倍時，按相鄰圖幅公共圖廓線

6. 采用gps領航時，應計算出每條航線首末攝站的坐標；

7. 當采用GPS輔助空三航攝時，應符合國家現有相關規定。

15.航測質量影像因素

航空攝影應該選擇被攝區最有利的氣象條件，盡可能避免、減少地表植被和其他覆蓋物的影響，確保航攝像片能夠真實地顯現地面細部。

為提高航攝質量，應考慮以下主要因素：

1. 選擇攝區晴天日數多的時段；

2. 大氣透光度好的時段；

3. 光照充足的時段；

4. 地表植物及其覆蓋物（洪水、積雪）少的時段；

5. 采集紅外、真色彩攝影，在北方避開冬季；

7. 如有強烈反光體（沙漠、戈壁灘），在正午前后各2h內不應該攝影。

16.像控點要求

像控點的要求（內外業）

1. 像片控制點的目標影像應該清晰易讀，控制點應該布設在航向及旁向6片重疊范圍內，困難地區5片重疊范圍內；

2. 控制點離圖像邊緣不少于1~1.5cm，對于數字影像、衛星影像不少于0.5cm（一般為1.5cm）；

3. 控制點應該選在旁向重疊中線附近；

4. 立體測圖時，每個像對4個基本定向點，離通過像主點且垂直于方向線的直線，不超過1cm，最大1.5cm；

5. 確保精度高的布點，能夠控制其相應面積；位于自由圖邊，待成圖邊的圖邊控制點，一律布設在圖廓線外；

6. 像片的4個基本控制點，應該選擇在像片四角附近；

7. 平高控制點航向基線跨度不大于9條基線，旁向相鄰航線最大跨度不大于3條基線。

像控點的要求（外業）

1. 平坦地區：航向上，每4條基線布設1個平高點；旁向上，每2條航線布設1排平高點；

2. 丘陵地區：在平坦地區布設要求上，在航帶，每2排平高控制點之間，增加1排高程控制點；

3. 接邊處的外業控制點相互轉刺，保證所有同名公共控制點均得到公用；

4. 平面控制點：選在線狀地物拐點或交點、點狀地物中心，可以選擇在尖山頂，圓山頂等弧形底物不可以；

5. 高程控制點：選擇在高程變化不大處，例如平緩的線狀地物交點，可以選擇在圓山頂，尖山頂等急劇變化地物不可以。

17.成果整理與提交

測繪航空攝影/ 成果整理與提交內容：

1. 高分辨率真彩色影像數據1套

2. 低分辨率真彩色影像數據1套

3. 真彩色像控片1份

4. 像片縮略圖及數據文件1份

5. 航攝像機鑒定表文本及數據文件各1份

6. 成果資料登記表文本及數據文件各1份

7. 航攝技術設計書文本及數據文件各1份

8. 航攝技術報告書文本及數據文件各1份

（真彩色，就是RGB每個值能分為255個，而非真彩色，RGB值沒分這么多）

18.像片控制測量提交

攝影測量與遙感 / 像片控制測量提交的資料：

1. 已知點成果表（三角點、GPS點、水準點）；

2. 平面控制測量觀測手簿；

3. 平面控制測量平差手簿；

4. 水準測量觀測手簿；

5. 水準測量平差計算手簿；

6. 控制像片；

7. 像控點成果表；

8. 像控點布點圖；（除了照片，還有有布點圖，不然照片看不出來）

9. 技術總結；

10. 質量檢查報告；

11. 儀器檢定資料；

19.空三加密提交

攝影測量與遙感/空三加密提交的成果：

1. 觀測與平差計算成果數據文件：1）起算數據文件；2）像點坐標觀測文件；3） 整體平差后的像點大地坐標文件；4）域內影像的外方位元素文件

2. 整體平差數據文件；

3. 區域網分區圖、區域網縮略圖、技術總結；

（提示：根據共線方程用到的數據、產出的數據）

20.DLG提交成果

攝影測量與遙感/數字線劃圖（立體圖DlG）的提交成果：

1. 地形圖接合表；

2. 地形數據文件；

3. 回放地形圖；（打印輸出符號化DLG圖件與調繪片內容對照檢查。）

4. 元數據文件；

5. 圖歷??；（指記載制圖過程中有關資料和技術問題處理情況以及質量檢查記錄的技術檔案）

6. 檢查驗收報告和技術總結；

21.DEM提交成果

攝影測量與遙感/數字高程模型（DEM）的提交成果：

1. DEM數據文件接合表；

2. DEM數據文件；

2. 原始特征點；

3. 線數據文件；（理解為三角網或者內插等高線）

4. 元數據文件；

5. 質量檢查記錄

7. 檢查驗收報告和技術總結；

21.DOM提交成果

攝影測量與遙感/數字正射影像圖（DOM）的提交成果：

1. DOM數據接合表；

2. DOM數據文件；

3. DOM定位文件；（每張正射照片擺放的位置？）

4. 元數據文件；

5. 檢查驗收報告和技術總結；（xxx數據接合表，xxx數據文件，元數據文件，質量檢查、驗收報告）

二、無人機航測應用

目前，無人機航測獲取的高精度影像，主要通過三維實景建模軟件ContextCapture，生成DEM、三維正射影像圖、三維地表模型、三維CAD模型以及各種GIS格式的精確地理參考三維模型。其成果廣泛應用于國家重大工程建設、災害應急與處理、國土監察、新農村和小城鎮建設等方面，在基礎測繪、土地資源調查監測、土地利用動態監測、數字城市建設和應急救災測繪數據獲取等方面具有廣闊前景。

三維實景建模

ContextCapture是一款可由簡單的照片和/或點云自動生成詳細三維實景模型的軟件。