无人机影像完整解决方案(10页).doc

-无人机影像完整解决方案-第 10 页 无人机小数码影像完整解决方案一、无人机小数码影像优点1二、无人机小数码影像缺点2三、传统解决方案的精度与效率4四、VISIONTEK无人机小数码影像解决方案41、产品组成52、产品特点5五、传统解决方案和远景无人机小数码影像完整解决方案对比10六、低空无人机小数码完整解决方案应用行业11七、案例12一、无人机小数码影像优点1. 影像获取快捷方便无需专业航测设备，普通民用单反相机即可作为影像获取的传感器，操控手经过短期培训学习即可操控整个系统。2. 成本低廉无人机（带飞控系统）市场价格10万到100万，各种档次都有，而相机整套（机身加镜头）不到2万，整套系统成本低廉。3. 整个系统机动性强整套设备不需要专门机场调运、调配，可用小型汽车装载托运，随时下车组装，3个工作人员2小时内可组装完毕。4. 受气候条件影响小只要不下雨、下雪并且空中风速小于6级，即使是光照不足的阴天，飞机也可上天航拍。5. 飞行条件需求较低不需要专门机场和跑道，可在普通公路上滑跑起降或采用弹射方式起飞和伞降方式降落。6. 满足大比例尺成图要求满足低空数字航空摄影测量内业规范CH/Z 3003-2010 1：500、1：1000、1：2000大比例尺成图精度要求，满足传统航测规范 GB 79301987和GB/T 79302008 中1：1000和1：2000大比例尺成图精度要求。7. 影像获取周期短、时效性强无人机遥感几乎不受场地和天气影响，飞行前准备工作可少于2个小时，因此可快速上天获取满足要求的遥感影像，从准备航飞到获取影像周期短，影像获取后可立即处理得到航测成果，时效性强。周期短时效强获取方便快捷成本低廉优点满足基础测绘机动性强飞行条件低气候限制小二、无人机小数码影像的缺点1. 姿态稳定性差无人机在飞行时由飞控系统自动控制或操控手远程遥控控制，由于自身质量小，惯性小，受气流影响大，俯仰角、侧滚角和旋偏角较传统航测来说变化快，而且幅度远超传统航测规范要求。2. 排列不整齐受顺风、逆风和侧风影像大，加上俯仰角和侧滚角的影响，航带的排列不整齐，主要表现在重叠度（包括航向和旁向重叠度）的变化幅度大，甚至可能出现漏拍的情况。3. 旋偏角大受侧风和不稳定气流影响，相邻两张影像一般容易出现旋偏角变化特别大（远超传统航测规范要求）的情况。4. 影像畸变大相对专业航摄仪来说，小数码影像（普通单反拍摄的）畸变大，边缘地方畸变可达40个像素以上。5. 像幅小、影像数量多由于以上原因，为了保证测区没有漏拍，通常是通过提高航向和旁向重叠度的方法来实现这一点的，同时普通单反相机像幅相对专业数码航摄仪来说，像幅小，在保证预定重叠度情况下，整个测区影像数量成倍数增多，导致后期要处理的工作量（如空三加密环节）同比例增多。6. 基高比小、模型数目多、模型切换频繁像幅小，重叠度大，就会导致模型基高比变小，进而导致测图时高程精度降低。同时影像数量多，会导致模型数量同比例变多，相对传统航片来说，测同一幅图，调用的模型数目多，模型之间来回切换频繁。三、传统解决方案的精度与效率以上这些缺点在后期处理时会表现出如下特性：1. 空三加密自动化程度降低影像的不规则排列、重叠度忽大忽小、旋偏角较大，这些因素导致如果按传统方式进行空三加密处理，在测区自动提点和转点时，会出现很多失败的情况，如模型连接失败和航带间转点失败，或者高重叠度的同名点变成低重叠度的同名点，同名点像平面坐标精度低，整个测区连接强度低或者连接失败，后面人工干预工作量特大。如果飞行质量不好，并且地面纹理特征差，如高山区，提点和转点几乎不能自动化进行。2. 矢量采集工作量大要处理的影像数量多，重叠度大，模型数量多，导致后期处理的工作量变大，如要采集核线的模型的和采集同一幅图的矢量时要切换的模型次数。3. 精度低因为影像存在较大畸变，加之模型基高比小，如果不做处理，如去畸变和选择最佳交会角测图，则空三加密成果差，三种产品成果精度低，特别是数字线划图（DLG）的高程精度低。四、航天远景无人机小数码影像解决方案 专业解决小数码影像的航测内业生产武汉航天远景科技有限公司一直专注于摄影测量与遥感领域，为客户提供先进产品和优质服务。自无人机小数码影像概念面世以来，公司一直密切关注其理论和实践的最新进展。早在2008年，公司就同湖南测绘科技研究所、湖南山河科技有限公司共同签署了合作协议，专门就无人机研发、影像获取系统改进和后期处理软件研发开展了序列化地研究工作，其中航天远景科技有限公司独立承担专门针对低空无人机测绘遥感系统影像的后期处理子包任务，包括数据预处理、空三加密和4D产品生产。研发要求为三高，即高自动化、高精度和高效率，同时满足基础测绘和快速得出全区影像图以便用于应急响应。整个项目历时两年，于2010年9月份通过国家测绘局组织的以张组勋院士为组长、林宗坚院长为副组长的测评小组的鉴定。1、产品组成DATMatrix v1.0 +MapMatrix v4.0 + EPT v1.12、产品特点1) 空三加密1. 可根据已有航飞POS信息自动建立航线、划分航带，也可手动划分航带。2. 完全摒弃传统航测提点和转点流程，可不依赖POS信息实现全自动快速提点和转点，匹配同影像旋偏角无关，克服了小数码影像排列不规则、俯仰角、旋偏角等特别大的缺点。即使是超过80%区域为水面覆盖，程序依旧能匹配出高重叠度的同名像点，整个测区连接强度高。（下图为水域面积为80%左右，同时影像拍摄角度相差90度，程序依旧能匹配出足够的高精度连接点）3. 直接支持数码相机输出的JPG格式或TIF格式，无需格式转换。4. 无需影像预旋转，横排、纵排都可实现自动转点，节约数据准备时间。5. 实现畸变改正参数化，方便用户修正畸变改正参数，不需要事先对影像做去畸变即可完成后续4D产品生产。6. 除无人机小数码影像外，还适用于其它航空影像。7. 空三加密支持无外业像控点模式，方便快速制作挂图，满足相关需求。8. 专门针对中国测绘科学研究院二维检校场和武汉大学遥感学院近景实验室三维检校场检校报告格式研发了傻瓜式批处理影像畸变差改正工具，格式对应，检校参数直接填入，无需转换，方便空三成果导入到其他航测软件进行后续处理。2) DEM、DOM生产1 摒弃传统的基于单模型像方匹配的方式匹配生成DEM模式，采用基于物方匹配的方式生产DEM，既能充分利用小数码高重叠度的这一优势，大大提高匹配精度，并且能自动过滤人工建筑物，减少后期人工编辑工作量，同时提供人工干预恢复功能。越大2 采用并行化处理方式快速生成全区DEM、DOM，在不升级现有硬件情况下，采用集群计算模式，可用局域网内任意一台电脑作为服务器，自动调用网内冗余计算能力参与计算，计算任务的分配和计算结果的回收实现全自动化，无需人工干预。3 提供多种方式高效编辑DEM，编辑功能涵盖国内外主流摄影测量软件的DEM编辑功能。4 全自动批处理匀光匀色，针对单张影像内部色彩不均和影像之间色彩不均，分别提供小波滤波法单调匀光和wallis整体匀光，还可以对带有地理坐标信息的影像如tif+tfw提供基于地理编码匀光，可解决后期拼接影像时拼接线两边色彩、亮度不一致的问题。针对影像色调灰暗单调死板，在匀光匀色过程中可根据情况适当增加绿色信息。5 全自动拼接正射影像，自动选线，自动裁图，拼接裁图一体化，指定正射影像图幅存放路径，程序批处理一次出所需的图幅。一次处理影像数量无限制，一次生成图幅数量无限制。6 提供功能丰富的影像编辑功能（功能参照PS），无需后续PS干预，所见即所得，完全满足精编正射影像需求。软件集成了PS中的常用图像处理功能，如：A图像选区功能，涵盖了矩形选区、圆形选区、多边形折线套索、多边形流线套索、多边形磁性套索、魔棒套索等源修补、目标修补、噪点修补多种针对性修补工具B图章工具C模糊工具D斜切 旋转E选区处理F多种选区处理工具：色阶、自动色阶、自动对比度、自动颜色、曲线 、色彩平衡、亮度对比度、去色、 匹配颜色、替换颜色、可选颜色、通道混合器 、反相、色调均化、 阈值、色调分离等，满足用户对选区内容的编辑与修改。3) DLG生产1. 可不需要事先采集核线，采用实时核线测图，节省采核线的时间。2. 根据外方位元素和影像重叠度，自动组合立体像对，采用最佳交会角，达到最好的测图效果，以提高测图高程精度。3. 自动/手动切换立体模型，实现无缝测图，降低接边工作量和立体模型选择工作量，提高作业效率。五、传统解决方案和远景无人机小数码影像完整解决方案对比无人机小数码影像特点传统软件（或方法）应对措施远景无人机小数码影像解决方案应对措施特点应对措施特点姿态稳定性差投影差加剧，空三加密航带连接时自动化会失败人工干预工作量大专门针对无人机小数码特点研发全新的影像匹配算法，多种匹配方式结合，充分利用主流电脑多CPU内核优势，摒弃传统相对定向、模型连接、航带间转点模式，全自动一次性提点和转点，构建极强的航带网连接关系除极端的高山区（如三峡巫峡两岸地形）外，其他地形能全自动化提点匹配，无需人工干预航带排列不整齐空三加密航带连接时自动化会失败人工干预工作量大旋偏角大空三加密航带内相对定向或模型连接时自动化会失败人工干预工作量大畸变差大事先对影像做畸变去除需要等待影像畸变去除后才能做空三加密不用事先对影像做畸变差去除，畸变参数在整个生产流程中参数化附加在每一步骤中节省数据准备时间和磁盘空间像幅小、影像数量多抽片进行处理（抛弃部分影像），DEM和DOM生产采用常规方式人工两两或一次四张小DOM手工画拼接线实现影像拼接影像信息未充分利用，大投影差对DOM造成精度低和难拼接，人工工作量大DEM和DOM生产效率低，周期长DEM匹配精度低，人工编辑工作量大无需抽片，充分利用影像信息，采用全新算法全自动生成拼接线并且同时全自动裁图，提供人工干预功能DEM和DOM生产采用全自动的网络化并行处理方式，大大提高生产速度，物方匹配显著提高DEM匹配精度，可以自动过滤人工建筑物等。每张影像都参与生成DOM ，并且只需利用像底点附近投影差最小的部分，拼接裁图全自动化，无需人工干预，减小作业员工作强度，可大量节省时间DEM后期编辑工作量小，基本上只有桥梁需要人工编辑影像色彩、亮度差异大传统匀光匀色DOM色彩调节需要用PS干预全新多种匀光匀色算法，专门针对不同差异可采用不同匀光方法组合，全自动处理，集成PS常用功能，彻底抛弃PS速度快，效果好（特别是针对地物绿色信息呆板情况），无需其他软件干预，效率高基高比小抽片组立体，或者不处理人工抽片工作量大或者测图高程精度损失大程序自动寻找具有最佳交会角的影像用于测图，提高基高比节省时间和人工工作量，提高测图高程精度立体模型数量多批处理采集核线、手动切换立体模型必须等待核线采集完后才能测图，需要频繁切换模型充分利用显卡加速技术，采用实时核线测图，程序自动切换立体模型（提供手动切换功能）节省处理时间，减少作业员工作量，提高作业效率相对传统航片精度降低、工作周期显剧增长，生产效益低下精度相同，工作周期相同或缩短，生产效益等同或更高（效益提高主要得益于并行化处理和全自动拼图裁图）。六、无人机小数码完整解决方案应用行业无人机小数码完整解决方案可应用资源和生态环境调查、检测与评估、数字城市、农业调查、新农村建设以及重大工程建设等行业，具体为：1. 基础测绘可用于大比例尺成图，如1：500（低空数字摄影测量内业规范）、1：1000、1：2000成图。2. 数字矿山制作整个矿山的三维立体模型，便于制定矿难紧急救援方案等。3. 资源调查调查厂区、矿区资源，如钢铁生产企业调查厂区的煤炭和铁矿石的现有存储量。4. 水利水电用于大坝等的规划，以及库区移民规划等。5. 环境监测监测湖泊、河流、土地污染情况等。6. 森林监测监测山体滑坡、植被盗伐等情况7. 精细农业监测农田病虫害、干旱等情况（国外应用较多）。8. 土建工程公路、铁路选线和大型土建工程基础测绘。9. 土地调查土地用途调查和土地利用调查。10. 土地执法可用于防止骗取补助而在规划拆迁前恶意私盖房屋或土地用于非法用途等违法行为。11. 生态评估湖泊或水库、江河发生水华等现象对整个生态系统的影响的评估。12. 自然灾害应急响应快速获取灾区如地震区泥石流区或山体滑坡区影像图，为指挥救灾提供参考。七、案例案例1湖南长沙市郊某小区基础测绘Ø 整个测区概况有效影像总数：526 总控制点数量：84个 每条航带有效影像数量：约48张片子 有效航带数量：11条 有效控制点数量：76个（有部分点湖南那边没有给刺点片） 每张影像大小：3744*5616个像素，60.1M计算机存储空间Ø 整个项目作业概况1. 空三加密采用英特尔i7 920处理器电脑处理，除了前期建工程和添加像控点平差解算外，其余部分全自动处理，整个空三加密自动化程度达80%以上，周期为电脑自动处理12个小时加单作业员人工刺像控点平差4个小时。2. DEM和DOM 生产采用同一区段百兆局域网内5台电脑解算，DEM（物方匹配）生产耗时约4个小时，单作业员人工编辑8个小时。DOM生产耗时约1小时40分钟，匀光匀色耗时3小时21分钟，拼接裁切一体化耗时45分钟，部分拼接线单作业员人工重新干预耗时半个工作日。3. DLG生产效率约为采集1：1000（城区人工建筑物密集）3工作日+编辑半个工作日 采集1：2000（城区人工建筑物密集）不到3个工作日+编辑0.75个工作日其中一幅1：1000正射影像图：对应1：1000的DLG案例2华东某地区一县城城区无控快速成图Ø 测区概况测区总共265张影像，重叠度为航向70%、旁向40%，拍摄相机为佳能5D MARK II，24mm定焦，航高约为550米（相对地面）。利用到的数据为：JPG格式影像，对应的POS参数，相机文件。Ø 处理直接使用JPG格式影像，没有对影像做去畸变改正，利用POS参数自动划分航带，添加相机文件自动内定向，然后程序全自动处理，处理过程中自动提点，自动利用POS数据减去相对航高，作为像主点位置的地面点的大地坐标当作地面像控点坐标值，自动调用PATB进行平差解算，自动利用空三加密生成的点云内插生成DEM，然后利用DEM纠正影像得DOM，自动匀光匀色，自动拼接DOM得全区影像图。整个过程全自动进行，无需人工干预（软件也提供了人工干预功能）。Ø 耗时从建工程到得全区影像图3小时49分，人工调整全区影像图拼接线约30分钟。全区影像图：