无人机航空摄影测量内外业一体化项目解决方案

无人机航空摄影测量内外业一体化
解决方案
目录
1 意义 (3)
2 目标 (4)
3 无人机航空摄影测量系统 (5)
3.1 无人机分系统： (6)
3.1.1 四轴航测旋翼机 (6)
3.2 地面站分系统 (8)
3.2.1 制定飞行计划 (8)
3.2.2 自驾仪安装与配置 (8)
3.2.3 规划航线 (9)
3.3 后处理分系统 (10)
3.3.1 PIX4D MAPPER全自动快速无人机数据处理软件
10
3.3.2 空三加密与点云矢量采集处理 (12)
3.3.3 DEM及等高线生成、航测采编一体化 (12)
3.3.4 自动建库与更新 (12)
3.3.6 DLG生产 (13)
3.3.7 快速拼接功能 (14)
3.3.8 运行环境 (14)
3.3.9 软件性能 (14)
3.4 技术方案 (15)
3.4.1 平面控制测量 (15)
3.4.2 高程控制测量 (15)
3.4.3 航空摄影测量 (15)
3.4.4 数据处理 (17)
4 内外业一体化信息系统 (24)
4.1 项目技术内容 (24)
4.1.1 数据对象 (24)
4.1.2 产品的技术功能 (24)
4.1.3 生产工艺及管理分析 (29)
4.1.4 数据库规划 (31)
4.2 统一生产作业平台 (31)
4.2.1 数据航测采集编辑调绘入库一体化 (32)
4.2.2 数据自动梯次缩编技术 (33)
4.2.4 街景测量 (34)
4.3 系统应用前景 (34)
4.3.1 信息化生产管理 (34)
4.3.2 灵活的数据展示服务系统 (34)
4.4 分层次多级应用 (34)
1意义
城市测绘过程是地理信息获取、处理、分析的过程，是数字城市建设中的重要环节之一，城市测绘的成果也是城市地理信息系统的重要数据来源，如何有效获取测绘数据直接影响着测绘基础作用的有效发挥。

城市基本地形测绘是城市国民经济各专业部门进行勘察、规划设计和施工阶段通用性测绘工作。

由于大比例尺地形测绘能精确、详尽地反应地表的物体和现象，所以城市地形测绘习惯用大比例尺，大比例尺地形测绘的特点是测区范围较小、精度要求较高、比例尺大，因而在如何真实反映地表形态方面具有它的特殊性。

但目前，对于大比例尺地形图测绘方法多采用电子平板、全站仪测图，效率低、劳动强度大，数据供给在时效性和灵活性也远不能满足实际需求。

测绘是基础保障工作，当别人需要我们测绘时候，往往是比较急迫时候。

无人机是最方便、最快捷获得测绘成果的手段。

站在我们服务对象的角度，首先要快，然后是好。

无人机可以先迅速提供影像拼图，然后提供高精度
DEM/DOM/DSM,再提供DLG,最后根据需要提供真三维模型3DS；
传统外业逐点测绘，外业工作量大，时间长，且存在漏测的可能性。

一旦漏测，又要重复劳动；传统外业测绘，一般女生难以适应。

而外业时间长，内业可能没事做，导致整体工作量不平衡；
有了测绘专用的无人机，能够做到快速响应。

可想而知，无人机测绘能够10天完成的事，传统方式需要2个月，谁更能适应国家迅速发展的要求呢？
无人机完全能达到大比例尺测图要求的精度。

航测的精度，来自于清晰的照片、稳定的飞行姿态、准确的控制点、科学的规划与严密的计算。

我们已经在平原、山区做了很多实验，摸索出一套成熟的满足精度要求的工艺，特别在一个相对高差140米的山区做了实验，完全满足航测1：500的平面和高程精度要求。

无人机安全涉及设备安全、飞行安全、法律安全三个方面。

设备安全，是通过产品品质决定的。

由于无人机系统比较复杂，部件制造、选择，组装，测试等环节工艺与管理整
体水平决定品质；飞控的核心开发能力，对满足不断发展的安全需要也至关重要。

飞行安全，自动起飞降落可排除人为因素；飞控增加传感设备，在各种异常情况返航，大大降低安全风险；了解不同飞机的环境适应性，用适合的飞机进行适合的作业，可基本避免异常环境的事故；
无人机航空摄影测量数据经eps系统建库，形成内外业一体化解决方案。

测绘技术由数字化向信息化的转变，是社会发展对空间信息的需求日益增长的必然要求。

勘测院是城市测绘产品的主要生产者与提供者。

一套成熟而完整的工艺将对本单位的战略发展、效率提升与成本控制，将起到十分明显的作用。

建设信息化测绘体系的意义十分重大：
1）有利于进一步巩固提高城市测绘在信息社会发展建设中的地位。

基础地理信息是重要的战略性资源，而信息化测绘是以城市地理空间信息为核心的技术支撑体系。

因此“数字城市”中信息化测绘将具有“不可替代”的作用。

2）任何最终的竞争，是成本、质量的竞争。

建设信息化测绘体系，快速推动城市测绘产业升级，统一生产方向，
统一标准化，减少培训成本，随着熟练程度效率最大化，全面、彻底提高质量水平，降低成本、使自己立于不败之地。

3）大跨度提高城市测绘产品的技术含量。

无论最后成果如何要求，从统一的核心数据对外分发，只集中面向分发对象，源头只有一个，以不变应万变。

2目标
配置、掌握新一代小型化、高可靠性、通用性强的无人机飞行控制系统，为无人机航拍摄影、应急、气象等行业应用提供可靠平台，并能够自主、成功利用无人机进行低空航拍摄影，满足1：500、1：1000、1：2000 等成图要求，并能够满足应急需求、定时定点监测需求。

引进内外业生产建库更新一体化平台，构建内外业生产建库更新一体化技术体系,实现测绘外业生产成果可直接入库、减少数据加工环节、提高成果质量，并实现数据库实时变量更新。

3无人机航空摄影测量系统
无人机航空摄影测量系统由无人机分系统、地面站分系统、后处理分系统构成。

无人机分系统包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等，搭载航测相机，是航测数据的采集平台；
地面站分系统是整个无人机系统的作战指挥中心，实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等；
后处理分系统是数据处理中心，将影像快速制作成专业、精确的二维地图和三维模型。

3.1无人机分系统：
配置：四轴航测旋翼机
3.1.1四轴航测旋翼机
城市测绘需要一个小范围、高精度、适合恶劣环境下飞行的、高度安全的旋翼无人机，可执行各种特殊任务。

我们为您推荐YS-1野瘦1型城市安全版四轴旋翼无人机
设计背景：
YS-1野瘦1型城市安全版是针对城市飞行安全设计的一款四旋翼无人机，可用于大比例尺测绘、地质灾害调查、协调指挥、搜索、通讯、检测、侦察等多种空中任务。

本产品为专门设计的测绘专用无人机，具有多项国家专利技术。

本产品具有突出的安全性，具备五级安全控制能力：警告、自动返航、原地降落、紧急伞降、备用独立电路伞降。

并提供100万元的第三者保险。

技术参数：
3.2地面站分系统
3.2.1制定飞行计划
根据成图比例尺、地面分辨率/航向重叠率、旁向重叠率自动进行航线计算。

同时可以进行蛇形航线与套耕航线选择
3.2.2自驾仪安装与配置
飞前进行自动驾驶仪安装调试，配置相应参数。

3.2.3规划航线
规划好航线，全自动按照进行航拍作业。

实时监控无人机状态。

3.3后处理分系统
包含空三加密、点云处理与航测采编处理、入GIS库更新功能。

3.3.1PIX4D MAPPER无人机数据处理软件
PIX4D MAPPER软件是针对低空遥感系统的全自动无人机影像处理软件。

系统以无人飞行器所获取影像为主要数据源，提供从畸变改正、空三加密到多种比例尺3D（DSM/DEM、DOM、DLG）成果生成的一整套解决方案，适合常规模式下的标准产品生产和应急模式下的快速影像处理。

系统既支持应急模式下的影像自动快速拼接处理，也支持常规模式下的高精度3D（DSM/DEM、DOM、DLG）产品制作。

空三数据处理功能可同时处理1000张以上的照片；自动生成相机检校参数；全自动空三、区域网平差，自动生成精度报告；生成正射影像，生成数字表面模型（DSM）；点云加密；
多种成果输出格式：可输出正射影像（DOM）及数字高程模型（DEM）兼容其他处理软件如CAD或GIS来进一步对数据进行处理和生成等高线等。

3.3.2空三加密与点云矢量采集处理
支持纯POS数据（包括GPS/IMU辅助数据的）的航空影像空中三角测量；支持GPS/IMU辅助参与解算的稀少（无）控制航空影像空中三角测量，GPS数据和IMU数据必须支持同时参与联合平差；支持无人机非量测相机影像空中三角测量，提供无人机智能化畸变改正，可处理不同类型
的无人机数据；具有自动化高可靠的连接点匹配功能，提高区域网平差效率；具有灵活方便的人工连接点编辑功能，同时具备半自动人工增加连接点功能；支持立体环境和裸眼状态下的像控点刺点，从第一个点开始实现预测。

叠加DOM与点云，直接在DOM上采集矢量数据，自动从点云中计算提取高程成果；
可将点云三维显示，直接采集数据；三维点云可成片选择，自动生成等高线；
3.3.3DEM及等高线生成、航测采编一体化
可直接将空三成果导入并批量生成航测立体像对，可进行航测采集，并随着采集范围自动切换像对；密集匹配算法辅助多重匹配策略，实现自动DEM/DSM提取和半自动生成等高线；多基线、多重匹配特征自动提取DSM及自动滤波；提供立体环境下的点、线、面高效编辑工具，基于自动DEM结果生产高精度的精细DSM\DEM产品。

3.3.4自动建库与更新
可基于GIS完成采集数据“一键建库”，且可下载库里数据，更新后上传自动更新数据库，并形成历史记录。

将EPS平台生成的矢量数据、影像数据和DEM数据进行入库存储、实时浏览和安全机制管理。

同时对矢量数据还具有下载、更新和管理功能，能满足用户全方位的数据管理需求。

具备要素级增量式更新机制；更新区域数据的下载与上传更新；更新入库数据冲突检测；要素级增量更新入库；实时生产历史库；现时库与历史库同步显示，历史数据时时回溯；数据库管理（数据管理、用户管理、日志管理）；数据库参数配置等功能。

3.3.5DOM生产
具有全自动正射纠正、匀光匀色、影像镶嵌和分幅裁切功能；具有投影转换、单片纠正、基于地理坐标镶嵌、DOM 图廓整饰、DOM质检等辅助工具模块；提供基于网络化环境的多人DOM协同编辑模式，对自动化处理结果进行必要检查和编辑，生产高质量的DOM产品。

3.3.6DLG生产
具有立体采集、编辑、属性同步录入以及质检功能；具有DLG数据入库编辑和质检功能；
输入，打印，有限输出（dwg、shp格式），编辑处理，影像叠加，查询、统计等；
采集支持空间数据、属性数据的采集；
编辑功能支持图形编辑、符号编辑、属性编辑等功能；
软件界面、功能、菜单可定制；
数据采集编辑时，自动维护对象的创建时间、修改时间和全球唯一GUID信息；
符号库支持国标、地方自定义扩充；
比例尺、分幅、投影支持自定义；
支持数据分幅批量打印，可打印条形码；
采用开放的模板技术，支持对空间要素、空间属性及空间关系等检查内容的用户自定义。

根据检查模板，对外业采集的数据，提供数据精度、数据空间合法性、拓扑关系合法性、属性合法性和图形与属性一致性等方面的检查、错误定位功能。

提供自动或半自动的错误自动修复、矫正功能，可自定义修复参数。

具有检查报表与质量评估报告输出功能。

采用开放的模板技术，支持分层编码与空间属性等的用户自定义。

具备全站仪内存采集、PDA联机通信采集和笔记本联机通信采集等测量模式。

具备交会测量、常用图形编辑、根据矢量数据DTM建立和DEM生成、等高线自动生成、自动拓扑构面、自动图形接边和属性数据录入等功能，并可输出相应的DLG及DEM 数据。

具有基于骨架线的空间要素表达与存储机制，支持图属一体化编辑处理。

3.3.7快速拼接功能
具有无人机航摄资料检查模块；具有全景图快速拼接功能。

3.3.8运行环境
支持高性能摄影测量工作站，也支持普通PC机。

3.3.9软件性能
支持单机多核并行处理模式；支持高自动化的空三加密、DOM、DEM数据处理模式。

3.4技术方案
3.4.1平面控制测量
控制点应埋设测量标志，标志、标石和造埋规格、点之记绘制应符合《城市测量规范》（CJJ/T 8-2011）的规定。

GNSS测量作业主要依据《卫星定位城市测量技术规范》（CJJ/T 73-2010）进行。

3.4.2高程控制测量
观测方法和精度标准执行《城市测量规范》相关要求。

3.4.3航空摄影测量
以YS-1野瘦1型城市安全版为航飞平台，利用Sony A7R相机与sony5100进行低空摄影测量获取高分辨率影像，利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取。

为了提高空三精度及效率，采用摄影前布设地面控制点的方式。

3.4.3.1像控点布设
3.4.3.1.1主动布控
在实施飞行前，选择通视条件好，地势平坦的区域人工布设控制点。

这样的控制点兼备了成像条件好、通视条件好、平面和高程精度高等优点。

3.4.3.1.2布控位置
航空摄影影像的航向重叠率75%，旁向重叠率65%，重叠率都比较高，因此控制点位置选择可不考虑实际像主点的位置，只需要考虑测区形状，按照一定的网格间距实施布控。

3.4.3.1.3像控点标准
本项目要求按照1:500比例尺标准低空摄影测量，像控点标准为宽0.2米，长1.5米用白灰或者白油漆制作中间镂空的十字型标志。

3.4.3.1.4像控点测量
利用三、四等GPS控制点，采用动态GNSS-RTK实时定位技术施测，在三、四等GPS控制点上采集地心坐标，
采集点数要在四个以上平高控制点上进行，所采点应均匀分布于测区及周边。

根据采集的已知点求解测区参数，然后利用其参数完成测区内的像控点的外业测量。

3.4.3.2摄影测量
3.4.3.2.1航线设计
根据现场情况，测绘面积，地形条件布设航线。

为提高精度可以东西向飞行一架次，南北向飞行一架次，一起平差处理数据。

3.4.3.2.2飞行过程控制
大比例高精度航摄时，为了保证数据质量野外飞行时应依照下列步骤检查设备和执行飞行任务：
1）确认相机已经检校，相机镜头没有在使用过程中受到冲击；
2）在天气情况允许和空域批准情况下进行航飞，最低条件是地面能见度大于500m，地面风速小于5.5m/s(小于4级))；
4）正确置平相机稳定平台；
5）检查影像数据存储卡；
6）检查各设备电源；
7）手工检查相机设置参数；
8）检查相机同步曝光情况；
9）执行飞行任务；
3.4.4数据处理
3.4.4.1空三
内业加密使用Pix4d mapper软件，进行全数字空三加密，对野外测定的高程点、平面点进行核查和加密，为数据采集提供质量可靠的定向点。

3.4.4.1.1空三加密使用资料
航摄仪鉴定表、数码影像数据、POS数据、像片结合图，外业技术设计书、外业控制点成果、刺点片等。

3.4.4.1.2影像匹配及空三解算
在Pix4d mapper软件中导入像机参数和控制点，利用POS或GPS等数据自动建立航带内和航带间的拓扑关系网进行全自动定向处理。

空三结果各项指标应满足下表规定。

采用光束法区域网平差，自动剔除粗差并进行系统误差的改正，对公共定向点和检查点进行中误差统计，平差解算像控点，来解求每个模型定向点成果。

3.4.4.2D OM
3.4.4.2.1精度要求
影像明显地物点对最近野外控制点的图上点位中误差不得大于下表规定。

特殊和困难地区中误差可放宽0.5倍。

3.4.4.2.2使用软件
DOM影像数据的制作，采用pix4d mapper软件。

3.4.4.2.3技术流程
数字正射影像图（DOM）利用空三加密成果，经数字纠正、影像镶嵌，并按一定图幅范围裁剪、整饰生成的影像数据，见如下流程图。

3.4.4.2.4模型生成
利用空三加密成果或全野外像控资料，生成立体像对模型。

3.4.4.2.5数字纠正
依据DOM指标，设置有关参数，在立体模型上进行数字纠正，像元重采样方法采用双线性内插或三次卷积算法，生成单张正射影像，为了使DOM 影像保证精度和地物影像变形小，影像要尽量取像片中心区域，一般不抽片，减少使用投影差较大的边缘部分。

3.4.4.2.6影像色调调整
数字航空影像由于相机性能和外界因素影响，其色彩与自然色彩相比，一般有较明显的偏色和亮度不均匀的情况。

对于偏色，可用ERDAS、PCI、ArcGIS遥感软件或Photoshop等图像处理软件进行处理，如对其三原色进行主成分变换，通过对三原色变换计算，达到接近自然色的目的。

对不同的像片或单张片内的严重亮度不均匀，可使用影像处理工具进行调整，使其达到整体一致的效果。

因此对于需要进行补调色的航片，必须根据情况分别进行处理：对于相邻航片的正射影像必须进行均光匀色处理，保证镶嵌线两侧影像无明显差别，使同幅内影像密度、反差、色调的一致，并确保相邻图幅过渡自然，整个测区正射影像色彩的协调。

对
于色调、亮度、色差等不一致的影像，利用人工方法调色进行处理。

3.4.4.2.7影像镶嵌
采用无缝镶嵌技术进行影像的镶嵌。

在镶嵌过程中应使影像色调过渡自然，镶嵌后的影像不能留下明显的模糊、重影、错位等镶嵌痕迹。

为提高镶嵌效率保证影像质量可采取如下方法：先将相邻影像采用自动镶嵌线的方式进行拼接，然后在Photoshop 软件中以拼接好的影像为基准，将待镶嵌影像调整与之完全重叠，在此基础上勾绘镶嵌线，对接边区域进行色彩过渡调整，最后进行合层。

对于影像质量不好的正射影像，应采用交换左、右片的方法尽量弥补。

影像镶嵌完成后应对DOM影像的色调、亮度、反差、划痕或毛刺等进行必要的处理，使整个测区影像成果基本一致。

3.4.4.2.8DOM裁切
按照1：500比例尺的要求，进行相应的标准分幅，沿内图廓范围线矩形裁切标准分幅影像，图幅内无影像数据区域以白色填充。

3.4.4.2.9图幅编辑
以图幅为单位，对影像数据进行编辑，主要是对地理要素的编辑，如单位名称的注记、道路名称的注记、村庄名称的注记等等。

3.4.4.2.10图廓整饰及元数据制作
图廓整饰内容按《规范》要求制作；元数据格式为XLS。

3.4.4.2.11成果输出
输出标准影像分幅数据
3.4.4.2.12几何精度要求
按照规范。

3.4.4.3D SM
采用PIX4D MAPPER自动生成数字表面模型。

DSM 影像的每个像素都有一个高度值，可以使用标准的GIS 软件进行精确地量测体积、坡度和距离，也可以产生等高线。

全自动、一键操作，不需人为交互。

3.4.4.4点云
采用PIX4D MAPPER自动生成点云。

PIX4D MAPPER 高级算法计算了原始影像每个像元的高程值，生成三维点云，提高了DEM 和正射镶嵌结果的分辨率
点云可接入EPS软件直接绘制线划图
3.4.4.5D LG
3.4.4.5.1方法：
采用EPS软件处理DLG，EPS地理信息工作站点云软件是一款航测点云-数字线划图处理软件。

EPS特点：
信息化原则：即整理、存储点、线、面空间要素的定位点、定位线、骨架线、轮廓线，舍弃用于图式符号表示的辅助线划。

图属一体化原则：即空间要素及其属性一体化采集、一体化存储。

对象完整性原则：即保持地物等空间对象的整体性、完整性。

标准化原则：按照《基础地理空间数据库数据标准》严格执行。

基于某EPS平台，实现强大的编辑功能；图属信息一体化，时空四维信息全面化；基于EPS系统，“测绘建库一体化”，轻松动态更新地理信息库。

4内外业一体化信息系统
4.1项目技术内容
4.1.1数据对象
内外业生产建库更新一体化平台要处理的数据主要为DLG形式的地理框架数据、基础地理数据及业务地理数据，内容包括空间要素、空间属性、空间关系及元数据。

4.1.2产品的技术功能
（1）软件基础平台功能
➢采集支持空间数据、属性数据的采集；
➢编辑功能支持图形编辑、符号编辑、属性编辑等功能；
➢软件界面、功能、菜单可定制；
➢数据采集编辑时，自动维护对象的创建时间、修改时间和全球唯一GUID信息；
➢符号库支持国标、地方自定义扩充；
➢比例尺、分幅、投影支持自定义；
➢支持数据分幅批量打印，可打印条形码；
➢支持二次开发技术（提供C++开发包和脚本两种模式）
（2）外业采集产品功能
➢采用开放的模板技术，支持分层编码与空间属性等的用户自定义。

➢具备全站仪内存采集、PDA联机通信采集和笔记本联机通信采集等测量模式。

➢具备交会测量、常用图形编辑、DTM建立、DEM 生成、等高线自动生成、自动拓扑构面、自动图形接边和属性数据录入等功能，并可输出相应的DLG 及DEM数据。

➢具有基于骨架线的空间要素表达与存储机制，支持图属一体化编辑处理。

➢通过“数据转换”可实现与ArcGIS Personal Geodatabase格式的双向无损转换。

➢具有制图打印模板定制功能。

（3）质量检查产品功能
➢采用开放的模板技术，支持对空间要素、空间属性及空间关系等检查内容的用户自定义。

➢根据检查模板，对外业采集的数据，提供数据精度、数据空间合法性、拓扑关系合法性、属性合法性和图形与属性一致性等方面的检查、错误定位功能。

➢根据自定义的修复参数，提供一定的错误自动修复、矫正功能。

➢具有检查报表与质量评估报告输出功能。

（4）ArcGIS数据更新入库产品功能
➢更新区域工程的下载、更新上传；
➢基于更新区域工程进行冲突检测增量更新入库，实时生产历史库；
➢现时库与历史库同步显示，历史数据时时回溯；
➢入库平台支持ArcGIS9.3\10+Oracle10\11g等版本；
➢数据库管理（数据管理、用户管理、日志管理）。

➢数据库参数配置。

➢基于WEBGIS平台，展示地理信息数据。

可以进行放大、缩小、平移等漫游操作；支持矢量数据的快速显示；使矢量数据与影像叠加达到理想效果；
提供查询、分析等常规GIS功能；支持分层、专题图显示。

（5）数据转换功能
➢采用开放的模板技术，支持对转换、交换的空间要素（如按分层编码、按骨架线与符号要素化）与空间属性（如有选择的）的用户自定义。

➢根据转换模版，提供本格式与ArcGIS Personal Geodatabase、Shapefile、AutoCAD R14-2004 DWG、MicroStation DGN的导入导出。

➢具有常规的平面坐标、经纬度坐标与高程基准的转换功能。

（6）地图缩编功能
➢基于缩编流程自定义技术、模板控制技术、多综合模型技术和知识规则库建立技术等自主创新，实现了地图缩编与综合处理过程的自动化和信息化，为基于大比例尺数据派生中小比例尺数据生产提供简单实用、高效便捷的解决方案。

➢根据不同比例尺的地理信息数据的要求建立“模板”，通过定制编写特定脚本，实现本项目尽善的综合处理与数据缩编功能及其流程的自动化，同时配合高效的人机交互编辑方法，处理缩编过程中的自动化所不及的和一些需要完美的细节问题。

➢自动化综合与缩编模块采用自动化综合与缩编技术，根据原数据图形特征设置自定义参数；定制符合缩编方案要求的缩编标准、缩编流程与缩编功能；
根据定制完成的缩编标准和定制的缩编功能自动批量执行各缩编操作，最大限度减少人工编辑工作，提高工作效率和保证成果质量。

主要功能包括：（1）地物要素的选取与删除
（2）地物的化简与合并
（3）高程点与等高线的筛选与抽稀
（4）地物属性的移位。