无人机航测基本知识点与应用

一、无人机航测基础知识

无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。

随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向。

下面，我们一起来看下无人机航测需要了解的21个基础知识。

1.航线计算公式

相对航高 = 主距f * 比例尺分母m = f * m （1：m）

基准面高 = （最高点 + 最低点 ）/ 2

绝对航高 = 基准面高 + 相对航高

m = 地面分辨率 / 像元大小

Lx相片宽度；Ly相片高度；p航向重叠度；q旁向重叠度；

摄影基线B = Lx*m*(1-p)；

航线间隔D = Ly*m*(1-q)；

分区航线条数 = 分区宽度 / D；

每航线照片数 = 航线长度（分区长度）/ B;

每航线照片数 = （航线长度 + 2B）/ B ，因为要求两端需要超出摄区边界不少于1条基线，因此要加上2B

相片总数 = 分区航线条数 * 每航线照片数

摄区模型数 = 分区航线条数 * （每航线照片数 - 1）

2.重叠度

像片重叠度：是指飞机沿航线摄影时，相邻像片之间或相邻航线之间所保持的影像重叠程度。前者称为航向重叠度，后者称为旁向重叠度。以像片重叠部分的长度与像幅长度之比的百分数表示。

为满足航测成图的要求，一般规定：航向重叠度为60%，最少不得少于53%；旁向重叠度为30%，最少不得少于15%；当地形起伏较大时，还需要增加因地形影响的重叠百分数 。

根据项目需求不同，重叠度可做以下调整：

1）航测生产地形图：航向重叠度一般设置为80%，旁向重叠度一般设置为60%，记为(80x60)。

2）生产正射影像DOM，航向重叠度一般设置为70%，旁向重叠度一般设置为60%，记为(70x60)。

3）无人机倾斜三维建模要求航向重叠度和旁向重叠度至少均为70%，记为(70×70)。

3.旋偏角

像片旋偏角：相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向的两框标连线之间的夹角称为像片的旋偏角。

像片旋偏角是由于摄影时航摄机定向不准确而产生的。旋偏角不但会影响像片的重叠度，而且还给航测内业作业增加难度。因此，对像片的旋偏角，一般要求小于6°，个别最大不应大于8°，而且不能连续三片有超过6°的情况。

序号	航测比例	尺旋转角
1	a<1:7000	一般<6°，个别<8°
2	1:3500>a≥7000	一般<8°, 个别<8°
3	a≥1:3500	一般<10°,个别<12°

4.航测比例尺选择

成图比例尺	航摄比例尺	地面分辨率(m)	地面采样间隔（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	1：2.5万~1：6万	2.5	50~120
1：50000	1：3.5万~1：8万	5.0	70~160

5.多像空间前方交会

多像空间前方交会：利用外方位元素和待求点像点坐标，解出待求点三维坐标。

3个内方位元素（x,y,f）

5个相对定向参数（2线+3角）

6个外方位元素（3线+3角）

7个绝对定向元素（3线+3角+1伸缩）

6.控制点布设

像片控制点是直接为摄影测量的控制点加密或测图需要而在实地布设并进行测定的控制点。

平坦地区：航向上4条基线布设1个平高控制点，旁向上每2条航线布设1排平高控制点（外业像片控制点的布设）

丘陵地区：在平坦地区的基础上，在航带每2排平高控制点之间，增加1排高程控制点；（外业像片控制点的布设）

每个像对不少于6个内业加密点，立体测图时，不少于4个基本定向点（内业加密点的要求）；

像片控制点的目标影像应清晰易读，控制点应布设在航向、旁向6片重叠范围内，选定困难时也可以在5片重叠范围内；

控制点建立图像边缘不少于1~1.5cm，对于数字影像或卫星影像距离图像边缘不少于0.5cm，没有特殊说明的话，不少于1.5cm；

立体测图时每个像对4个基本定向点，离通过向主点&垂直于方向线的直线，距离少于1cm，最大不超过1.5cm；

7.控制点精度

像控点的精度：相对于基础控制点，不超过地物点平面中误差（0.6mm、0.8mm）的1 / 5（特殊），高程精度为1 / 10的基本等高距；

图根点精度要求：相对于基本控制点的点位中误差不应该超过图上0.1mm，高程中误差不应该超过基本等高距的1 / 10；

全站仪、GPS校核地物点位置较差：检测结果与已知成果的平面较差少于图上0.2mm，高程较差少于基本等高距的1 / 5

界桩点平面位置中误差：不应该大于图上±0.1mm；界桩点高程中误差：不大于基本等高距1 / 10（0.1h），困难地区1 / 2；

航测成图，1:500 ~ 1:2000图上地物点相对最近野外控制点的平面位置中误差（单位：mm）（图上）

#	平地、丘陵	山地、高山地
加密点平面位置中误差	0.4mm	0.55mm
地物点平面位置中误差	0.6mm	0.8mm

8.DEM格网点

数字高程模型（DEM）网格尺寸：1：500~1：2000（1：n）网格尺寸少于0.001n（1/1000）；1：5000~1：10万的网格尺寸不应大于0.0005n（1/2000）；

DEM格网点相对于临近野外控制点的高程中误差（m）

#	DLG基本等高距	DEM网格点高程中误差
平地、丘陵	1	1
山地、高山地	2	2.4

9.航空摄影质量元素和检查

航空摄影测量的质量元素和检查项包括：

1.飞行质量：

基本要求包括：1）像片重叠度；2）像片倾角；3）像片旋偏角；4）航线弯曲度；

非基本要求：1）航摄设计；2）最大最小航高差；3）边界覆盖保证；4）像点最大位移值；

航摄比例尺>1：5000时，航线上相邻像片高差不大于20m，航线最大最小航高差不大于30m；

航摄比例尺 ≤1：5000时，航线上相邻像片高差不大于30m，航线最大最小航高差不大于50m；

2. 影像质量：1）影像最大、最小密度；2） 灰雾密度；3）反差；4）冲洗质量；5）色调；6）清晰度；7）框标影像（框标和数据记录）；

3. 数据质量

4. 附件质量：1）分区图；2）分区航线结合图；3）摄区、分区、航线、像片结合图；4）其他注记，图表；

10.像片控制质量元素和检查

像片控制测量成果的质量元素和检查项目：

1. 数据质量 ：1）数学精度；各项闭合差、中误差；2）观测质量；观测手簿；

2. 布点质量：布点的合理性；（不需要埋石）

3. 整式质量：控制点判、刺的正确性；

4. 附件质量：布点略图、成果表；

（注意：没有飞行、像片质量；应该仅仅是野外测量控制点）

11.空中三角测量成果质量元素

空中三角测量成果质量元素

1. 数据质量：1）数学基础；坐标系、投影；2）平面精度；内业加密点的平面精度；3）高程精度；内业加密点的高程精度；4） 接边精度；区域网接边精度；5）计算质量；内定相、相对定向精度，多余控制点（校验点）不符值（残差）；公共点较差；

2. 布点质量：定向点、检查点、加密点的布置；

3. 附件质量；

12.像片调绘成果的质量元素

像片调绘成果的质量元素：

1. 地理精度：地物、地貌调绘的全面、正确性；各种注记的正确性、合理性；

2. 属性精度：各类地物、地貌性质说明、数字注记；

3. 整饰质量；

4. 附件质量；

13.航摄分区基本原则

航摄分区时，应遵循的基本原则：（分区界限、区内高差、区内景物反差、分区跨度在xx情况下尽量大、破图幅分区、GPS分区界线，加密分区界线一致）

1. 分区界线应与图廓线相一致；

2. 分区内地形高差一般情况下不大于1 / 4 相对航高； 当比例尺大于等于1：7000时，分区内地形高差不大于1 / 6的相对航高；

3. 应根据成图比例尺确定分区最小跨度，在地形高差许可的情况下，航测分区的跨度应该尽量大，同时分区划分还应考虑用户提出的加密方法和布点方案；

4. 当地面高差突变，地形特征显著不同时，在用户认可的情况下，可以破图幅，划分航摄分区；

5. 分区内的地物景物（不是地物）反差，地貌类型应该尽量一致；

6. 划分分区前，应该考虑航摄飞机侧前方安全距离与安全高度；（安全高度比最高点大于100m）

7 当采用GPS辅助空三航摄时，确保分区界线与加密分区界线相一致，一个摄影分区可以涵盖多个完整的加密分区；

14.航线敷设基本原则

航线敷设的基本原则：（飞行方向；航线、首末航线；像主点落水；构架航线；调整比例尺，GPS）

1.按东西向（2018）直线飞行；

特定条件下亦可根据地形走向与专业测绘的需要，按南北向或沿线路、河流、海岸、境界等任意方向飞行。

2. 使用常规方法敷设航线时，航线应平行于图廓线。位于摄区边缘的首末航线，应设计在摄影区边界线上或边界线外。超出边界线的范围，一般不少于像幅的50%，最少30%；（要求两端需要超出摄区边界不少于1条基线）（分区界线应与图廓线相一致）（目前主流的像幅为23cm x 23cm）

3. 水域、海区常规敷设航线时，应尽可能避免像主点落水，要确保所有岛屿覆盖完整，并能构成正常重叠的立体像对；

4. 在荒漠，高山区等隐秘地区和测图控制作业特别困难的地区，可以敷设构架航线（就是垂直于主航线的航线），构架航线根据测图控制点布设设计的要求设置；

5. 如航线按图幅中心线或按相邻图幅公共图廓线敷设时，应注意计算最高点对摄区边界图廓和相邻航线重叠度的影响；当出现不能保证的情况，应调整航摄比例尺；

航测比例尺分母/成图比例尺分母 = 3~3.5倍时，按按图幅中心线

航测比例尺分母/成图比例尺分母 = 6~7倍时，按相邻图幅公共图廓线

6. 采用gps领航时，应计算出每条航线首末摄站的坐标；

7. 当采用GPS辅助空三航摄时，应符合国家现有相关规定。

15.航测质量影像因素

航空摄影应该选择被摄区最有利的气象条件，尽可能避免、减少地表植被和其他覆盖物的影响，确保航摄像片能够真实地显现地面细部。

为提高航摄质量，应考虑以下主要因素：

1. 选择摄区晴天日数多的时段；

2. 大气透光度好的时段；

3. 光照充足的时段；

4. 地表植物及其覆盖物（洪水、积雪）少的时段；

5. 采集红外、真色彩摄影，在北方避开冬季；

7. 如有强烈反光体（沙漠、戈壁滩），在正午前后各2h内不应该摄影。

16.像控点要求

像控点的要求（内外业）

1. 像片控制点的目标影像应该清晰易读，控制点应该布设在航向及旁向6片重叠范围内，困难地区5片重叠范围内；

2. 控制点离图像边缘不少于1~1.5cm，对于数字影像、卫星影像不少于0.5cm（一般为1.5cm）；

3. 控制点应该选在旁向重叠中线附近；

4. 立体测图时，每个像对4个基本定向点，离通过像主点且垂直于方向线的直线，不超过1cm，最大1.5cm；

5. 确保精度高的布点，能够控制其相应面积；位于自由图边，待成图边的图边控制点，一律布设在图廓线外；

6. 像片的4个基本控制点，应该选择在像片四角附近；

7. 平高控制点航向基线跨度不大于9条基线，旁向相邻航线最大跨度不大于3条基线。

像控点的要求（外业）

1. 平坦地区：航向上，每4条基线布设1个平高点；旁向上，每2条航线布设1排平高点；

2. 丘陵地区：在平坦地区布设要求上，在航带，每2排平高控制点之间，增加1排高程控制点；

3. 接边处的外业控制点相互转刺，保证所有同名公共控制点均得到公用；

4. 平面控制点：选在线状地物拐点或交点、点状地物中心，可以选择在尖山顶，圆山顶等弧形底物不可以；

5. 高程控制点：选择在高程变化不大处，例如平缓的线状地物交点，可以选择在圆山顶，尖山顶等急剧变化地物不可以。

17.成果整理与提交

测绘航空摄影/ 成果整理与提交内容：

1. 高分辨率真彩色影像数据1套

2. 低分辨率真彩色影像数据1套

3. 真彩色像控片1份

4. 像片缩略图及数据文件1份

5. 航摄像机鉴定表文本及数据文件各1份

6. 成果资料登记表文本及数据文件各1份

7. 航摄技术设计书文本及数据文件各1份

8. 航摄技术报告书文本及数据文件各1份

（真彩色，就是RGB每个值能分为255个，而非真彩色，RGB值没分这么多）

18.像片控制测量提交

摄影测量与遥感 / 像片控制测量提交的资料：

1. 已知点成果表（三角点、GPS点、水准点）；

2. 平面控制测量观测手簿；

3. 平面控制测量平差手簿；

4. 水准测量观测手簿；

5. 水准测量平差计算手簿；

6. 控制像片；

7. 像控点成果表；

8. 像控点布点图；（除了照片，还有有布点图，不然照片看不出来）

9. 技术总结；

10. 质量检查报告；

11. 仪器检定资料；

19.空三加密提交

摄影测量与遥感/空三加密提交的成果：

1. 观测与平差计算成果数据文件：1）起算数据文件；2）像点坐标观测文件；3） 整体平差后的像点大地坐标文件；4）域内影像的外方位元素文件

2. 整体平差数据文件；

3. 区域网分区图、区域网缩略图、技术总结；

（提示：根据共线方程用到的数据、产出的数据）

20.DLG提交成果

摄影测量与遥感/数字线划图（立体图DlG）的提交成果：

1. 地形图接合表；

2. 地形数据文件；

3. 回放地形图；（打印输出符号化DLG图件与调绘片内容对照检查。）

4. 元数据文件；

5. 图历薄；（指记载制图过程中有关资料和技术问题处理情况以及质量检查记录的技术档案）

6. 检查验收报告和技术总结；

21.DEM提交成果

摄影测量与遥感/数字高程模型（DEM）的提交成果：

1. DEM数据文件接合表；

2. DEM数据文件；

2. 原始特征点；

3. 线数据文件；（理解为三角网或者内插等高线）

4. 元数据文件；

5. 质量检查记录

7. 检查验收报告和技术总结；

21.DOM提交成果

摄影测量与遥感/数字正射影像图（DOM）的提交成果：

1. DOM数据接合表；

2. DOM数据文件；

3. DOM定位文件；（每张正射照片摆放的位置？）

4. 元数据文件；

5. 检查验收报告和技术总结；（xxx数据接合表，xxx数据文件，元数据文件，质量检查、验收报告）

二、无人机航测应用

目前，无人机航测获取的高精度影像，主要通过三维实景建模软件ContextCapture，生成DEM、三维正射影像图、三维地表模型、三维CAD模型以及各种GIS格式的精确地理参考三维模型。其成果广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、新农村和小城镇建设等方面，在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。

三维实景建模

ContextCapture是一款可由简单的照片和/或点云自动生成详细三维实景模型的软件。