無(wú)人機(jī)應(yīng)用于航空測(cè)繪的解決方案

　　一、 背景簡(jiǎn)介

　　1、行業(yè)背景

　　隨著3S技術(shù)為代表的高新測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)繪行業(yè)正在迅速向地理信息產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)的測(cè)繪生產(chǎn)主體模式已發(fā)生根本性變化，產(chǎn)品由模擬形式轉(zhuǎn)為數(shù)字形式，大量的外業(yè)測(cè)量被室內(nèi)地理信息采集所取代。地理信息的采集、存貯、加工和分發(fā)已成為一種全新的概念。

　　2、行業(yè)需求

　　隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立和不斷完善，測(cè)繪市場(chǎng)發(fā)育趨向成熟。首先，測(cè)繪產(chǎn)品的需求不斷增大，服務(wù)領(lǐng)域不斷拓寬。近年來(lái)，除傳統(tǒng)用戶(hù)外，電信、公安、環(huán)保、金融等行業(yè)的需求不斷增長(zhǎng)，測(cè)繪產(chǎn)品的服務(wù)面幾乎覆蓋了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有行業(yè)，初步實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防、民眾和政府服務(wù)的行業(yè)目標(biāo)，充分顯示了測(cè)繪行業(yè)的重要性。

　　二、行業(yè)需求分析

　　三、無(wú)人機(jī)航空測(cè)繪系統(tǒng)具體解決方案

　?。ㄒ唬?yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)采集數(shù)據(jù)

　　我司通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝所獲取的豎直攝影影像、交向攝影影像、傾斜影影像以及復(fù)雜航線(xiàn)多基線(xiàn)攝影影像；通過(guò)多視影像匹配自動(dòng)構(gòu)建空中三角測(cè)量網(wǎng)，能進(jìn)行多達(dá)10000片影像的大區(qū)域網(wǎng)光束平差；配合低空遙感的高分辨率影像，實(shí)現(xiàn)高精度航測(cè)定位；并且，能自動(dòng)化生產(chǎn)數(shù)字高程模型（DEM）和數(shù)字正射影像（DOM）等產(chǎn)品。

　?。?）快速響應(yīng)

　　無(wú)人機(jī)航測(cè)通常低空飛行，空域申請(qǐng)便利，受氣候條件影響較小。對(duì)起降場(chǎng)地的要求，可通過(guò)一段較為平整的路面實(shí)現(xiàn)起降。升空準(zhǔn)備時(shí)間15分鐘即可、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸便利。車(chē)載系統(tǒng)可迅速到達(dá)作業(yè)區(qū)附近設(shè)站，根據(jù)任務(wù)要求每天可獲取數(shù)十至兩百平方公里的航測(cè)結(jié)果。

　　（2）快速獲取地表數(shù)據(jù)和建模

　　系統(tǒng)攜帶的數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字彩色航攝相機(jī)等設(shè)備可快速獲取地表信息，獲取超高分辨率數(shù)字影像和高精度定位數(shù)據(jù)，生成DEM、三維正射影像圖、三維景觀(guān)模型、三維地表模型等二維、三維可視化數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行各類(lèi)環(huán)境下應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

　　（二）利用像素工廠(chǎng)進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理

　　公司利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，結(jié)合像素工廠(chǎng)進(jìn)行信息處理和分析。所得的數(shù)據(jù)將成立體三維圖像，實(shí)時(shí)反饋給主管部門(mén)。

　　像素工廠(chǎng)（Pixel Factory，PF）由法國(guó)SPOT INFOTERRA公司研制開(kāi)發(fā)，是一套用于大型生產(chǎn)的對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是一種能批量生產(chǎn)，且由一系列算法、工作流程和硬件設(shè)備組成的復(fù)合最優(yōu)化系統(tǒng)，包含具有強(qiáng)大計(jì)算能力的若干個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。輸入航空數(shù)碼影像、衛(wèi)星影像、或者傳統(tǒng)光學(xué)掃描影像，在少量人工干預(yù)的條件下，經(jīng)過(guò)一系列自動(dòng)化處理，輸出包括數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM）、正射影像（DOM）以及真正射影像（TDOM）等產(chǎn)品，并能生成一系列其他中間產(chǎn)品。

　　數(shù)字產(chǎn)品

　　1. 大規(guī)模生產(chǎn)真正射影像和傳統(tǒng)正射影像

　　真正射影像（TrueOrtho™）指所有物體的傾斜均被糾正的一種鑲嵌影像。它是利用數(shù)字表面模型DSM，采用數(shù)字微分糾正技術(shù)，改正原始影像的幾何變形，保證影像上每點(diǎn)都是完全垂直視角。像素工廠(chǎng)可以通過(guò)對(duì)多視角的影像逐點(diǎn)計(jì)算，消除所有傾斜，生成真正射影像。與傳統(tǒng)的正射影像相比，在大比例尺影像圖中，避免了高大建筑的傾斜對(duì)其它地物的遮擋，在拼接地區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)平滑自然的過(guò)渡。利用完美的DSM 能夠生成完美的真正射影像。像素工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)了真正射產(chǎn)品的商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了針對(duì)真正射影像的一系列解決方案，例如大氣糾正、物理糾正、勻色等。真正射影像圖直接用于做線(xiàn)畫(huà)圖，可大大降低制圖成本，提高作業(yè)效率。

　　傳統(tǒng)攝影測(cè)量處理中，經(jīng)過(guò)數(shù)字高程模型（DEM）校正、鑲嵌得到正射影像。根據(jù)影像獲取的幾何原理，繁華的城市地區(qū)需要一些手工編輯以最小化每張影像的視差（建筑物傾斜） 。而真正射影像通過(guò)高精度DSM糾正消除了所有視差，建立了完全垂直視角的地表景觀(guān)，建筑物保持垂直視角，因此在真正射影像上，只顯示了建筑物的頂部，不顯示側(cè)面，避免了高大建筑物對(duì)其他地表信息（其他較矮建筑物、道路、停車(chē)場(chǎng)、綠地等）的遮擋，恢復(fù)了橋梁的正確方位。下圖反映了傳統(tǒng)正射影像與真正射影像之間的主要區(qū)別。

　?。╝） 傳統(tǒng)正射影像中有建筑物傾斜效果

　?。╞） 真正射影像中沒(méi)有任何建筑物傾斜效果

　　像素工廠(chǎng)專(zhuān)利產(chǎn)品-真正射影像™（全自動(dòng)處理）

　　傳統(tǒng)正射影像

　　真正射影像

　　2. 數(shù)字表面模型（DSM）

　　像素工廠(chǎng)具有全自動(dòng)提取密集數(shù)字表面模型DSM的能力，與傳統(tǒng)攝影測(cè)量系統(tǒng)相比，像素工廠(chǎng)的優(yōu)勢(shì)之一就在于數(shù)字表面模型（DSM） 的計(jì)算。傳統(tǒng)的攝影測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算DSM 需要人工估計(jì)高程信息，而“像素工廠(chǎng)”則可以在25cm 到1m 的地面采樣距離（GSD） 之間自動(dòng)進(jìn)行DSM 計(jì)算， 無(wú)需人工干預(yù)。

　　在加載了影像數(shù)據(jù)之后，像素工廠(chǎng)會(huì)利用專(zhuān)有的算法生成大量立體像對(duì)，并將這些立體像對(duì)分配到可用的計(jì)算結(jié)點(diǎn)上進(jìn)行并行計(jì)算，這樣可以減少立體像對(duì)匹配過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間。根據(jù)對(duì)多視角數(shù)據(jù)的自動(dòng)多重相關(guān)，可輕松提取DSM，航向和旁向的立體像對(duì)之間通過(guò)多相關(guān)方法進(jìn)行匹配，這是一個(gè)逐點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程。自動(dòng)化算法可從原始影像每?jī)上袼靥崛「叱绦畔ⅲ詈笸ㄟ^(guò)融合得到數(shù)字表面模型。此外，像素工廠(chǎng)系統(tǒng)可以導(dǎo)入導(dǎo)出LAS（LIDAR）格式數(shù)據(jù)，因此可對(duì)LIDAR DSM和多重相關(guān)生成的DSM進(jìn)行混合。

　　3.數(shù)字地形模型（DTM）

　　像素工廠(chǎng)通過(guò)對(duì)DSM采取濾波算法，可半自動(dòng)化的生成DTM，減少50%到95%的人工編輯。