干货 | 无人机航测流程

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无人机航测在地信测绘的应用越来越火，关于无人机航测作业流程，你会几个？又有哪些坑需要避，下面，我们一起来看一看。

●作业前准备●

1与甲方沟通相关事宜

项目开始前，要与甲方充分沟通项目要求，确定使用的坐标系，中央子午线，投影面高程，高程系统，影像分辨率，成果格式等，询问甲方有无其他特殊要求。

2现场勘查

作业员需要对测区周围进行踏勘，收集地形地貌信息，以及周边的重要设备和交通信息，为无人机的起飞、降落、航线规划提供资料。


3飞行环境检查

在进行外业航飞之前，应该根据已知的测区资料和相关数据对无人机系统的性能进行评估，判断飞行环境是否满足飞机的飞行要求，影响无人机飞行的因素主要包括以下四方面。
(1)海按。测区的海拔应该满足无人机的作业要求，无人机飞行的高度应该大于当地的海拔和航高。(2)地形、地貌条件。地形和地貌主要影响无人机成图的质量，对于地面反光强烈的地区，如沙漠、大面积的盐滩、盐碱地等，在正午前后不宜摄影。对于陡蛸的山区和高密集度的城市地区，为了避免阴影，应在当地正午前后进行摄影。(3)风气和风向。地面的风向决定无人机起飞和降落的方向，空中的风向对飞行平台的稳定性影响很大，尽量在风力较小时进行摄影航测。(4)电磁和雷电。无人机空中飞行平台和地面站之间通过电台传输数据，要保证导航系统及数据链的正常工作不受干扰。在实际到达现场时，应记录现场的风速、天气、起降坐标等信息，留备后期的参考和总结。4申请空域
飞行作业前应向有关部门申请空域。我国的空中管制十分严格，由空军统一管理，所有的航空摄影项目都需要进行空域申请，得到批复后才可以实施测量。收藏 | 全国34个省区市无人机空域申报流程，航测必备！

●飞行计划准备备●

1设备检查

在进行航飞前，应对所有的设备、装置进行检查，主要包括航测相机的检校，飞机性能的检测，电池的电量，飞机内部各部件之间的紧密、电台、GPS等。在环境复杂的山区航飞时，为了防止飞机丢失，可以在飞机上配置移动定位设备。对于弹射起步的无人机，还应检查弹射架的状况。

2设备准备

对设备和电池进行充电，准备好外业用到的工具。建议外业作业时要携带插排，螺丝刀，充电宝，TYPE-C数据线等物品，以备不时之需。

3相机参数设置技巧

（1）航高
行高根据项目要求和测区地形和建筑物的高度决定；飞行高度越低分辨率越高。注意：飞行高度至少也要比被测物体高60米。

像片比例尺定义为像片上的线段与地面上相应水平线段之比：
1/m = f/H   (1)公式(1)中，H为相对测区平均水平面的高度，f为相机中心到像平面的距离垂距即焦距。航测比例尺的选定取决于测图比例尺，大体与测图比例尺相当。选定了相机和比例尺以后，可根据公式(1)计算航高。在飞行时，飞机应按照预定的航高飞行，同一航线内各摄站的航高差不得大于40m。（2）像片重叠度在传统摄影测量学中，航向重叠度一般规定为60%，最小不得小于43%，最大不大于74%；旁向重叠度一般规定为30%，最小不得小于14%，最大不大于40%。无人机进行航测时，根据项目需求不同，可分为以下三种。(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)项目要求只需要生产正射影像(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）飞行高度客户 A 需要 GSD 为 5cm/pixel 的数据，那 GSD 是什么呢？GSD 为地面影像分辨率，是指图像中相邻两个像素中心的距离代表实际距离是多少，飞行高度决定了地面影像分辨率（GSD）。飞行高度与地面影像分辨率成反比，飞行越高地面影像分辨率越低。那他们具体的关系是什么呢？



H 为飞行高度，f 为镜头焦距，a 为像元大小
以大疆精灵 Phantom 4 RTK 为例，像元大小为 2.41 微米，相机焦距为 8.8mm，代入公式得H≈36.5*GSD。那客户 A 需要的 GSD为5cm/pixel 的数据，通过计算得到的飞行高度约为182 米。考虑到飞行时的环境影响，我们一般会低于计算得到的飞行高度去作业，我们可以选取 150 米的飞行高度来确保得到的数据满足客户要求。


GSD 与飞行高度

（4）飞行速度设计当飞机的飞行速度过快时，飞机的倾斜角度会随之增大，倾斜影像的倾斜角度不宜过大，否则会影响内业数据处理，因此在设置飞行速度时要结合项目进度和实际情况，合理设置飞行速度。最佳飞行速度请参考如下表格:



（5）快门速度相机搭载大疆的无人机可以在地面站软件上调节快门速度，建议的快门速度如下表所示：



注意：不要在飞行期间更改快门设置，可能造成不同视角快门速度不一致的现象。快门是机械结构组件，当使用一定次数后，快门的整体性能会随着使用次数降低；赛尔 PSDK 102S 快门达到8万次后建议航飞速度要小于11m/s ，15万次后建议航飞速度小于10m/s，20万次建议航飞速度小于9m/s，超过20w次建议航飞速度改为8m/s。快门次数大于20万次建议更换快门。
（6）外扩倾斜摄影作业外扩至少一个航高；正射作业外扩至少50%的航高，要打开高程优化。



（7)等距拍照和等时拍照建议使用等距拍照，等距拍照的效果要优于等时拍照。
(8)如何在地面站上调节相机参数点击遥控器屏幕右上角三个点，选择负载Payload设置，此界面有以下功能：



●航线规划与像控点布设●

1航线规划

无人机航迹规划是任务规划的核心内容，需要综合应用导航技术、地图信息技术以及远程感知技术，以获得全面详细的无人机飞行现状以及环境信息，结合无人机自身技术指标特点，按照一定的航迹规划方法，制定最优或次优路径。因此，航迹规划需要充分考速电子地图的选取、标会、航线预定规划以及在线调整时机。


航线规划一般分为两步：首先是飞行前预规划，即根据既定任务，结合环境限制与飞行约束条件，从整体上制定最优参考路径；其次是飞行过程中的重规划，即根据飞行过程中遇到的突发情况，如地形、气象变化、未知限飞禁飞因素等，局部动态地调整飞行路径或改变动作任务。

常用的航线规划方案有两种，一种是“S”形航线，另一种是构架线。

2摄影测量外业控制测量

摄影测量外业控制测量是在测区内测定用于内业几何定位的影像控制点的平面位置和高程值，是内业影像解析和测图的基础，主要目的为计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素，达到影像和实际地物的正射投影。


在数字摄影测量发展阶段，影像的获取和解析全部实现数字化，外业控制测量的重要性尤为显著。影像所包含的空间信息是以灰度值矩阵来表示的，为了达到影像的正确匹配和无差异重叠，需要对影像进行高精度的正射投影校正和影像灰度阈值分析，以便将灰度矩阵进行最小误差匹配和数字型数据显示。为了获取相同基准的影像数据，必须通过控制测量方法建立基准转换系统，而控制点的布设位置、布设精度和布设密度都会影响基准的转换精度。

3外业控制点的布设

根据测区地形环境的不同，一般有两种布设方案，分别是在航飞之前布设控制点和在航飞之后布设控制点。对于山区或者地面标志物较少的地区，没有明显的特征点，所以需要在航飞之前布设像控点。对于建筑密集的城市，有明显的特征点，则可以在飞行之后布设控制点。

外业控制点的选择和布设直接关系到影像的最终影像匹配精度，所以遵从控制点的布设原则，保证控制点的布设密度，选择合适的控制点位是外业控制点布设的几个基本要求。

1）布设原则
1、像控点一般按航线全区统一布设，像控点在测区内构成一定的几何强度。像控点布设要在整个测区均匀分布，选点要尽量选择固定、平整、清晰易识别、无阴影、无遮挡区域。如斑马线角点、如房屋顶角点，方便内业数据处理人员查找（如无明显地标可人工喷油漆或   撒白灰的方式设置地标）。

如果是大面积规整区域，像控可按照左图品字形布点。如果面积很大区域，且精度要求较低时，可适当抽稀测区内部像控。如果是带状测区，布点需要在带状的左右侧布点，可以按照“S”或“Z”字型路线布点。

2、像控点需选择较为尖锐的标志物，尽量选择平坦地方，避免树下，房角等容易被遮挡的地方，如果没有的话可以人工打点，人工像控点应该选择能够持久存在的东西，如果喷漆宽度不得低于30CM，并且棱角分明。



3、像控点标志物尺寸应大于70CM，并且不易出现方向性错误，明显显示是标志物的哪一部分。

4、像控点和周边的色彩需要形成鲜明对比，如果周边是深色，则标志以浅色为主，如果地面周边以白色为主，则可喷红色油漆为主。

5、如果选择地物作为特征点，应该选择比较大的地物，并且提供现场照片2-4张说明像控点的位置，至少包含一张点的近景位置和一张周边景物位置。

6、布设完成像空点后需要生产像空点的Google Earth支持的.KML文件, 下图示例中红色为检查点，黄色为控制点，空色框为测区范围，图中控制点均匀分布保证控制网具有一定的强度。

7、像控点布设的密度，像控点布设首先要考虑测区地形和精度要求。如地形起伏较大，地貌复杂，需增加像控点的布设数量（10%~20%）。很多飞机有RTK或者PPK后差分系统，理论上可以减少地面控制点的数量，可以根据项目测试经验自行调整。



2）像控点的选点像控点应该选择在航摄像片上影像清晰、目标明显的像点，实地选点时，也应考虑侧视相机是否会被遮挡。对于弧形地物、阴影、狭窄沟头、水系、高程急剧变化的斜坡、圆山顶、跟地面有明显高差的房角、围墙角以及航摄后有可能变迁的地方，均不应当作选择目标。

3）目标成像不清晰，与周围环境色差小、与地面有明显高差的目标，会影响空三内业的刺点误差，因此均不能用作像控点，如下面几个例证所示：①与水面有高差，不能作为像控点。②颜色相近，航片上不易辨认，不能作为像控点。③与地面有高差，不能作为像控点。

因实际情况中航摄区域未必都有合适的像控点，为提高刺点精度，保证成图精度，应在航摄前采用刷油漆的方式提前布置像控点标志。标志可刷成“L”形或“十”形。布置成“十”形时，应在十字中心加喷直径为4cm的圆点，以提高刺点精度，如下图所示：


“L”形

4像控点的量测

像控点的测量一般采用“GPS RTK”的方法，因为GPS测量结果使用的是WGS-84坐标系统，若项目要求测量成果使用其他坐标系统，则需要在观测之前进行坐标系转换，求出WGS-84坐标系与目标坐标系之间的转换关系。


1）坐标系校正方法①首先要有至少3个目标坐标系的基础控制点坐标数据，其中的1个用作校正。注意已知点最好要分布在整个作业区域的边缘，能控制整个区域，一定要避免已知点的线形分布。②在电子手簿上输入已知控制点的坐标，并把GPS流动站接收机架在已知点上，测得WGS-84的坐标数据。③根据已知点的已知坐标数据和WGS-84坐标系的坐标数据，计算四参数或者七参数，求得两坐标系之间的转换关系。④检查一下水平残差和垂直残差的数值，看其是否满足项目的测量精度要求，参差应不超过2cm，检校无误后才可以进行下一步作业。

2）野外观测要求①两次观测，每次采集30个历元，采样间隔1s。②接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机或手机；雷雨过境时应关机停测，并取下天线，以防雷电。③两次观测成果需野外比对结果，比对值为两次初始化采集的最后一个历元的空间坐标，较差依照平面较差不超过4cm，大地高较差不超过4cm的精度标准执行；不符合要求时，加测一次；如果三次各不相同，则在其他时间段重新观测。④每日观测结束后，应及时将数据从GPS接收机转存到计算机上，确保观测数据不丢失，并拷贝备份由专人保管。

●外业航飞●

测绘无人机小组航拍小组配备2-3人即可，航拍任务结束后对数据进行快速检查，检查合格后即可带回进行后续的数据处理工作。

1飞行执行
根据制定的分区航摄计划，寻找合适的起飞点，对每块区域进行拍摄采集照片。在设备检查完毕，并确认起飞区域安全后，将无人机解锁起飞。起飞时飞手通过遥控器实时控制飞机，地面站飞控人员通过飞机传输回来的参数观察飞机状态。飞机到达安全高度后由飞手通过遥控器收起起落架，将飞行模式切换为自动任务飞行模式。同时，飞手需通过目视无人机时刻关注飞机的动态，地面站飞控人员留意飞控软件中电池状况、飞行速度、飞行高度、飞行姿态、航线完成情况等，以此保证飞行安全。

若飞行过程中，信号缺失，需假设网络RTK   或建立无线电台和地面站。

2飞行监控
1、航飞过程中应密切关注飞行器状态，飞行高度，飞行速度以及实时图传，飞行器卫星数，遥控器信号，飞行器电池电量。
2、通过遥控器显示屏的相机回传信息小窗口监测相机五个视角是否正常持续拍照。



3飞行结束
无人机完成飞行任务后，降落时应确保降落地点安全，避免路人靠近。完成降落后检查相机中的影像数据、飞控系统中的数据是否完整。数据获取完成后，需对获取的影像进行质量检查，对不合格的区域进行补飞，直到获取的影像质量满足要求。

4飞行检查
（1）避免无人机航拍影像曝光
影像的曝光过度或不足、影像的重影、散焦与噪点，将严重影响三维建模的质量。为了避免这类曝光问题、在外出航拍时尽量提前看天气预报，在多云的天气拍摄比大晴天更好，如果必须在晴天拍，最好选择中午左右使阴影区域最小化。
（2）无人机航拍快门选择
拍摄前调试使用最合适的快门、光圈、ISO值。参数相同点：都可以调节曝光的明暗度，光圈大、ISO高、快门速度慢都会曝光过亮；不同点：光圈可调节景深，小光圈景深大，大光圈景深小；景深无法通过ISO快门来控制，这就是光圈和ISO快门的区别。ISO除了明暗调节还有一个特点是降低画质，ISO高了画质就会降低，所以升高ISO在三要素里是最后考虑的，实在不行才提高ISO。
（3）其它技术总结
A.相机感光体CCD的尺寸、焦距以及像素的大小直接影响影像的精度从而影响模型的精度。
B.在相机参数不变的情况下，无人机飞行高度（曝光点到地物的高度）是决定模型精度高低的关键因素。
C.在建模的过程中，需要知道相机感光体CCD的尺寸说到传感器的尺寸，其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面积越大，CCD/CMOS面积越大，捕捉的光子越多，感光性能越好，信噪比越高。
D.传感器尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300万像素相机效果通常好于1/2.7英寸的400万像素相机(后者的感光面积只有前者的55%)。
E.而相同尺寸的传感器像素增加固然是件好事，但这也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足的可能。
F.拍摄好的影像，不要进行任何的编辑，包括改变尺寸、裁剪、旋转、降低噪点、锐化或调整亮度、对比度、饱和度或色调。
http://G.CC建模软件不支持拼接的全景图作为原始数据。
H.飞行过程中的数据会有一定的图像模糊，尤其是旋翼倾斜上使用的普通相机，对于微单相机来说，运动模糊是不可避免的。运动模糊会导致特征点提取不准，从而：空三处理中的连接匹配带来很大的影响；三维重建中的粗匹配产生较大的影响。
I.模型重建要求连续影像之间的重叠部分应该超过60%，物体的同一部分的不同拍摄点间的分隔应该小于15度。
J.规划航线拍摄时，建议采集航向重叠度75%以上，旁向重叠度不小于70%的影像。为实现更好的效果，更好的还原建筑，建议同时采集垂直和倾斜影像。并同时用小无人机低空采集高空相机拍不到的死角。
K.尽量选择高分辨率的单反相机，建议2000万像素以上。避免使用广角鱼眼镜头。最好是选择定焦镜头，如果使用变焦镜头，请将该镜头焦距设置成最大或最小值。
L.将相机调整为最大分辨率模式；ISO值尽量低，否则高ISO会产生噪点；光圈值足够高（光圈越小越好），以产生足够的景深，背景不要太模糊；快门速度不应该过慢，否则轻微的动作会造成图像模糊。
M.避免选择高反光、透明的物体，例如玻璃瓶，镜面等。如果容易反光的物体，最好使用柔光灯或在阴天下拍摄，尽可能没有亮点。
N.避免选择有两面绝对对称的物体（形状和纹理都对称），例如单色立方体或有对应面一样纹理的立方体。
O.避免有移动的物体在场景中，要保证被拍摄的背景环境是不变的。
P.避免绝对平坦的物体，例如平口盘子等。避免绝对平坦的背景，有层次感会更好，背景颜色也不要选择单色的背景，最好是杂乱无章的图案。除了被合成的物体外，画面前景中不要有没用的物体。







●影像精度提高秘籍●

列举了一些影响成图因素。如果你的成图质量较差，你可以通过作业参数的调整来改善它。
(1)飞得更高
在满足精度的要求下，选择更高的高度进行飞行。更高的飞行高度可以让单个图像中覆盖更多的区域，可以提高无人机采集的效率。
(2)拍摄时间选择
在飞行之前检查天气很重要，选择光线充足的天气进行拍摄。在阴天飞行时，光照柔和均匀，比较有利于拍摄。当然我们可以通过安装滤镜模仿这种效果，减少由于地面反光、眩光造成的合成效果差。在光线不充足的情况下，可手动进行设置相机参数，增加光圈数值或提高iso，也可降低快门速度。任务过程中要适时调整相机参数，以适应较长的时间跨度
我们还建议尝试在上午10点到下午2点之间飞行。这样照片中的阴影更少，对后期的处理会有所帮助。还要避免在光照条件不佳的时刻进行建图作业，如日落黄昏时刻。
(3)在航线规划期间增加旁向重叠
增加旁向重叠率是让图像获得更好匹配的最简单方法，但是它会降低无人机的飞行效率。
(4)在航线规划期间增加航向重叠

这样可以让相机更快地拍照，从而提高航线上拍照的数量，但是受快门、RTK、存储的影响，会限制最大的飞行速度。
(5)坐标纠正
在中国大陆地区使用，请打开坐标纠正。若关闭，平面坐标会偏移几百米。国外用户，坐标纠偏默认关闭；若打开，平面坐标会偏移几百米
(6)最大的飞行速度
可以设置系统默认的最大的飞行速度。最大飞行速度为当前参数下可以设置的最快任务飞行速度，该速度受任务飞行高度和航向重叠率影响。
(7)关闭畸变修正
若使用大疆智图进行建图，可将原片直接导入大疆智图中，大疆智图会自动识别照片类型并对其进行去畸变处理；针对未去过畸变的图片，大疆智图会以写进照片里的相机畸变系数作为初值，在空三做完之后拟合一个更加准确地畸变系数，然后对照片进行去畸变，恢复为无畸变的照片参与后续的建图作业
(8)检查相机设置和单张相片质量
1)航测任务开始前需先对测区地面进行测光，避免因相机参数设置错误导致影像模糊欠曝、过曝等情况发生
2)任务结束后、内业前需及时检查任务影像，避免出现漏拍、错拍及由相机参数设置错误引发的照片质量不佳，发现后请及时进行补拍。

●成果精度提高秘籍●

无人机航拍测绘质量主要是对飞行前、中、后，每一个环节都务必严格把控。是对飞行实施过程中的特殊情况进行把控。
飞行特殊情况四大处理原则
1. 穿越航线
原则上各相邻的平行航线需要有一到两条穿越航线进行垂直穿越，以用来后期数据处理中保证个条航线的连接精确
2. 小十字
飞行过程中的每个架次，为了对本架次数据进行精确的校正即在每个架次的正式航线数据采集前或数据采集后都要进行检校场飞行，即小十字飞行。
3. 补飞
数据获取过程中可能会存在极少量的某些异常情况，造成某一区域的数据获取缺失等现象，对于产生数据漏洞的航线要进行补飞，补飞航线两端均要相应延长一部分，从而使得两次获得的数据能够很好的接边。
4. 数据异常
在飞行过程中可能会遇到极少的卫星信号瞬间失锁现象，或由于较恶劣的飞行条件，如较大的风或上升气流等造成飞机姿态变化较快时卫星信号不好，对于这种情况造成的POS数据有某些异常，应根据数据异常时间段是否在正式航线上和整个架次的POS数据精度来决定航线数据的有效性，对于无效数据的航线或架次将进行补飞。本项目的飞行过程中各架次均需获得有效的数据。

来源：自然资源频道
版权归原作者所有，如有侵权请告知删除
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