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大疆无人机航测实测教程:航线规划、像控点布设、刺点、成图(附航测练习数据下载)

作者:互联网

无人机航测系统配置及流程图(多旋翼版)


1
外业子系统


硬件

软件

大疆精灵4Pv2.0

ipad或手机

RTK

Altizure航线规划软件

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补充说明:Altizure软件及其网站因为公司运营原因已在2020年底正式关闭,软件依然可以使用但是不再更新,未下载的可以在网上搜索到免费安装包。


2
内业子系统


硬件

软件

高性能电脑

Pix4dmapper(正摄影像和点云)

CC(三维建模)

EPS(三维测图)

Global mapper(点云分类及影像分幅)

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3
航测流程图


  1. 制定飞行计划

  2. 现场踏勘及航线规划

  3. 实施飞行

  4. 像控点采集

  5. 外业成果检查与处理

  6. 内业出正射影像、三维模型



测区概况


测区对象为西华师范大学新校区一期,范围包括校门、美术楼、图书馆、教学楼、办公楼、化工楼、校医院、篮球场。


南充市位于四川盆地东北部,地处嘉陵江中游,介于北纬30°35'~31°51',东经105°27'~106°28'之间,西华师范大学就座落于南充市郊的西山脚下。西华师大新校区是世纪之交时学校征地所建,由同济大学建筑设计研究院规划与设计,占地2000余亩,建筑面积90余万平方米。


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航线规划



1
航线规划软件介绍


Altizure深圳珠科创新技术有限公司开发的一款免费的实景三维建模软件,具有自动规划航线功能。因为公司运营的问题,软件不再更新,网站也已关闭,需要的朋友可以在网上下载旧版本继续使用。推荐大家使用另外的免费航线规划软件  Pix4dcapture、航飞精灵、DJI GS PRO等,操作流程和设置大同小异,可以参照以下操作。


不同比例尺正射影像(DOM)与地面分辨率(GSD)之间的关系      

正射影像 比例尺

地面分辨率 单位:cm

1:500

≤5

1:1000

8 ~10

1:2000

15 ~20



2
航线参数设置


2.1范围线


此次测区范围为392m x 390m,平均高程约为245m。使用Altizure航线规划软件ios版,此版本还具有导入kml功能,将测区的kml导入APP,能够更合理的规划航线,节省电量等。



2.2飞行高度


测区相对高差在40米左右,为了保证飞行安全和满足精度要求,将飞行高度设置为100米。



飞行高度(H)和地面分辨率(GSD)的关系式与对照表(精灵4P相机)

H=f×GSD/a

式中,H为相对航高,f为摄影镜头的焦距,GSD为影像的地面分辨率,a为像元尺寸的大小。

地面分辨率

2cm

3cm

5cm

10cm

15cm

飞行高度

73米

109米

182米

365米

547米


2.3重叠率


航向重叠率一般设置在80%左右;旁向重叠率通常设置范围为60%-80%,需要三维建模请选择高重叠率来确保模型质量。本次测区我们将航线重叠率设为85%,旁向重叠率设为80%。(如果只出正摄影像,可以根据要求适当提高飞行高度和降低旁向重叠率,能够扩大作业范围,提升作业效率)



2.4航线


出正摄影像只需要飞第一条航线(镜头垂直向下),建立三维模型需要飞完五条航线,也有飞环形航线提高效率节约时间的。



3
构架航线


构架航线又叫作控制航线,主要是指在测区范围内加飞的若干条与测图航线近似垂直的航线。其主要作用是在基本航线的两端起到控制点的作用,减少测区内地面外业像控点的布设工作量,增强区域网模型之间的连续性,提高加密平差精度。



4
飞行安全


注意测区是否属于禁飞区,测区内有无高层建筑物,信号塔,高压线,以此来确定合理的飞行高度。选择地形平坦,开阔,相对位置较高的地方(如小山丘,平房楼顶)作为起飞点,并且起飞点需要考虑航线最远处的信号传输问题。合法飞行,申请空域!



5
实施飞行


起飞前,先用DJI GO 4 连接无人机,检查飞行器状态,刷新返航点(重要)。飞行中,应该走到空旷的无遮挡的地方将遥控器天线对准飞机的位置,以防止断开信号,导致无人机中断任务返航。



6
成果检查


手工筛选掉漏浆,方向不对,相机过曝、欠曝等不符合要求的照片。大疆无人机拍摄的照片自带pos信息(wgs84坐标系统),右键属性→详细信息可以查看照片经纬度及其它信息。


照片成果统计表

航线

第1条

第2条

第3条

第4条

第5条

合计

照片数(张)

401

422

443

434

434

2134


像控点


像控点是摄影测量控制加密和测图的基础,因此,野外像控点目标选择的好坏和指示点位的准确程度,直接影响成果的精度。本测区采用CGCS2000坐标系统,高斯三度带投影,中央子午线为105°,高程系统为1985高程。


坐标系

地心坐标系

参心坐标系

椭球名称

WGS84

CGCS2000

Xian80

Beijing54

单位

经纬度

经纬度

经纬度

经纬度

常用投影方式

高斯投影或UTM

高斯投影

高斯投影

高斯投影

单位(投影后)

鉴于在坐标系定义和实现上的比较,我们可以认为,CGCS2000与WGS84(G1150)在同等情况下是相容的;在坐标系的实现精度范围内,CGCS2000与WGS84(G1150)坐标是一致的。


中央子午线对照表(高斯3度带)未注明的按规律依次类推

带号

中央子午线

经度范围(度分秒)

31

93°

91°30′~ 94°30′

32

96°

94°30′~ 97°30′

33

99°

97°30′~ 100°30′

34

102°

100°30′~ 103°30′

35

105°

103°30′~ 106°30′

36

108°

106°30′~ 109°30′

37

111°

109°30′~ 112°30′

小技巧:查看南方RTK机头显示屏,或者打开手机指南针,还可以打开奥维地图,查看当前经纬度,对照表格就可以找到当前中央子午线。



1
像控点的布设位置


1.1一般是在测区的四个角和中间位置(但不要太靠近边缘,以免拍不到)。



1.2如果需要多架次飞行或者带状测区的,尽量保证不同架次之间的重叠区域有像控点。



1.3理论上像控点最低要求为三个,但是建议做五个以上(三个点只能组成一个三角形,而五个点却可以组成十个三角形)。测区越大,需要布置的像控点越多。


A.预铺设法

飞行前在测区范围内预先铺设像控点,常见的有标靶,油漆,石灰等。



B.后采法

 在飞行任务完成后,通过拍摄的照片来寻找地面特征点作为像控点(如:公路叉,水泥坝,停车线)。




2
实地采集


因为本次测区地面特征点较多,所以使用后采法采集像控点,个数为五个,均匀分布于测区。用RTK多次采集地面特征点,取均值。当然以上两种方法可以同时使用,效果更佳。




3
像控点成果处理


RTK采集的数据一般导出为南方cass格式dat文件,而pix4dmapper软件要求的是txt,scv文件。


RTK导出的dat格式(需编辑后才能使用)

点名

编码

东坐标(X)

北坐标(Y)

高程(H)

1

xk01

601972.786

3411496.648

240.505

pix4dmapper软件对应的txt格式(成果)

像控点编号

东坐标(X)

北坐标(Y)

高程(H)

xk01

60***2.786

341***6.648

240.505

xk02

60***0.937

341***5.074

243.901

xk03

60***3.229

341***4.993

241.455

xk04

60***0.186

341***0.929

248.396

xk05

60***8.643

341***8.575

247.791


新建TXT文本文件复制粘贴数据,得到我们需要的txt格式的像控点文件,当然你也可以使用scv格式。



正射影像生产



1
Pix4Dmapper软件介绍


Pix4Dmapper来自于瑞士的pix4d公司,是集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理软件。Pix4Dmapper无需专业知识,无需人工干预,即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的二维地图和三维模型。   


此次教程使用Pix4Dmapper试用版,其它常用出正摄软件还有Photoscan  UASMaster 等。



2
建立工程


2.1打开软件,建立一个新项目。


 

2.2导入照片,点击下一步

可以选择照片,也可以直接选择路径。


 

2.3图片属性,默认就好,点击下一步(pos信息也可以从文件中导入,比如上ppk的固定翼的pos信息)


 

2.4选择输出坐标系


选择输出坐标系时,一定要注意和像控点坐标系保持一致。如果像控点坐标系和你需要的成果坐标系不一样,那么需要进行坐标转换。如果像控点是独立坐标系,则选择任意坐标系。


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2.5选择模板


选择标准模板下的3D Maps出高质量正摄影像图。在野外作业时,为了现场检查图像的质量,是否需要补拍等,通常的经验是选择快速检测出一个低质量的快拼图,以此来检验。


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2.6处理选项


第一步 初始化处理

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第二步 点云和纹理图片


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第三步 DSM,正射影像和指数

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3
像控点刺点


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3.1平面刺点法


平面刺点法的适用范围(满足一种即可)

A.在第一步初始化处理前

B.当使用没有GPS信息的图像时

C.当使用本地坐标系时


点击项目→GCP/MTP管理→导入控制点→选择txt文件→OK→平面编辑器


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选择要刺的像控点→点击要刺的照片→单击刺点(每个像控点一般刺5-10张)

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刺完后点击ok,开始运行程序第一,二,三步直接出成果。


3.2空三射线刺点法


空三射线刺点法适用于第一步初始化处理完成后,可以进行快速并精确的刺点。(推荐使用方法)

点击项目→GCP/MTP管理→导入控制点→选择txt文件→OK→空三射线编辑器

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选择要刺的像控点→单击照片刺点→使用→重新匹配并优化

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重新匹配并优化完成后→运行第二,三步直接出成果。



4
质量报告


每一个步骤完成,都会生成一个质量报告。需要注意的有以下几个地方:

 



5
成果


5.1点云

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找到点云文件,用Global mapper打开点云,可以进行点云自动分类、抽稀,出等高线等。


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5.2等高线

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用Pix4d生成dxf格式的等高线,使用南方cass软件打开即可。


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5.3正射影像


用Pix4d图片生成的正射影像为tif格式,自带坐标信息。打开南方cass软件,加载影像导入CAD插件,直接打开即可。


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写在最后


我们将提供教程里涉及的所有原始文件,其中包括相片(五个方向)、像控点坐标文件来帮助大家学习研究。


标签:航线,30,成图,控点,航测,测区,坐标系,软件
来源: https://blog.51cto.com/u_15127644/2774750