[发明专利]基于无人机低空航摄系统进行城市市政普查的方法

权利要求书

1.基于无人机低空航摄系统进行城市市政普查的方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1 .利用无人机航飞获取优于0.05米分辨率的航空影像；

收集测区范围内的资料，进行无人机低空航飞设计，通用无人机自驾系统、MCCD像片拼接系统，设计相对航高200m，获取航空影像分辨率为0.05m；为了保证航空影像的拍摄效果，需要对无人机航飞质量进行控制：

1) 飞行前检查

在飞行前按照无人机飞行要求对飞行平台系统进行检查，确保无人机在起飞前正常；

2)航线弯曲度

为飞行保证了无人机有充分的时间以平稳的姿态进入航线，预备线长度为800m；由于有足够的预备线长度，且GPS导航系统能直观航迹偏差，可将漂移减小到最小，所以保证航线弯曲度不大于3％；

3)航高保持

航高的变化将直接影响设计的摄影比例尺和像片重叠度；通过计算，利用机载GPS提供的大地高对飞行高度进行控制，航线上相邻像片的高差不大于20m，一条航线上最大和最小航高差不大于30m；

4)航向和旁向重叠度控制

采用等距曝光控制技术，起飞前检查飞行的速度计，确保飞行距离计算正确，利用GPS系统时刻控制飞机的偏航距，因此保证了航摄的重叠度要求；

5)摄影质量的控制

严格控制天气标准是获取高质量影像的必备条件；对航空摄影机做常规检查，并拍摄像片进行了核查，设备各项设置参数正确无误，光学镜头表面及滤光镜清洁干净；

在进行航摄时要求天空的能见度大于5KM，以保证好的拍摄效果；

6)摄区边界线覆盖控制

设计时旁向覆盖超出摄区边界大于50％像幅，航向覆盖超出2-3条基线，有效的控制摄区边界范围，保证了实际飞行时的摄区覆盖，满足规范要求；通过对无人机航飞质量的控制，保证获取的影像清晰无缺陷，完全覆盖目标区；

无人机航飞质量主要检查：

1)飞行完成后，首先下载数据，检查数据的完整性、曝光数与设计是否一致；

2)飞行航向重叠度检查，是否在75％以上；

3)旁向重叠度检查，是否大于50％；

4)像片旋偏角检查，旋偏角的范围应该在15度与35度之间，当旋偏角不满足要求时，应进行补摄；

5)航高保持检查，与设计航高差、相邻像片航高差、同一航线最大航高差、航线弯曲度、偏航距检查；

6)检查影像的清晰度、是否有云、雪、是否曝光过度；

检查完毕后，对不满足设计要求的航线进行重飞，编写航空摄影总结报告，内容包括无人机航空摄影情况、摄影质量检查及处理办法、飞行记录表；

s2.利用航空影像制作分辨率为0.05米的大比例尺正射影像，比例尺为1:500；

其中，正射影像的制作方法为：

根据像控点成果、相机文件、后差分自动处理软件进行空中三角测量，自动生成数字高程模型DEM，经过处理编辑DEM，自动生成单片正射影像DOM；镶嵌后拼接生成分辨率为0.05m的测区范围内的正射影像DOM；

航摄影像获取时采用GPS辅助航空摄影技术、后差分解算技术，获取高精度的影像位置POS数据；利用POS数据可以在外业少量选取像控的情况下完成空中三角测量；

像控点的选点条件如下：

1)像控点应均匀布设在航带间重叠位置，对地形变化复杂区域可适当加密控制点个数；

2)像控点的目标影像应清晰，易于辨别的明显地物点；

3)像控点位置应易于准确定位和量测；

4)弧形地物及阴影不应选作为点位目标；

像控点均为平高控制点，采用角点布设法，即在区域网凸角和凹角转折处布设平高点，内部均匀布设；具体的区域网布设原则是：

任务区外围范围和内部进行均匀布设；像控点的布设原则为：

1)目标像片:截取最大尺度应清晰辨别像控点位置，应包含重要地形、地貌信息，

便于像控点定位与查找；

2)像控点位于目标像片中心且用十字丝标记；

3)像控点应有概略坐标，方便外业人员依据坐标查找像控点位置；

像控点的编号、刺点、整饰如下：

1)像片控制点点号按自然序号编取，平高点点号前冠“ WD”，检查点点号前冠“ J”；

2)在数字像片上进行选点、标记，准确标示出刺点位置，并制作数字刺点片；

3)点位描述文字应准确、简洁，能够客观反映像控点真实位置；

像控点的测量过程如下：

1)像片控制点一般采用基于SDCORS网络RTK测量法测定；

2)所有点均应两次测定，取其平均值作为最终结果；两次测量成果平面较差不大于图上0 .10mm，高程较差不大于1/10基本等高距；相邻基准站间应联测1～2个公共点进行检核，检核点较差平面位置不应大于图上± 0.15mm，高程较差不应大于1/7基本等高距；测量时应记录和保存检核点、像控点的所有观测数据，随资料上交；

3)当像控点点位周围有遮挡物，GPS接收机无法设到刺点点位时，可采用支导线和引点法测定像控点平面位置；当采用支导线和引点法时，其观测要求和限差应满足GB/T 7931-2008规范相应规定；

4) 像控点测量完成后，进行像控点检查；

像控点检查主要检查：

1)起算数据正确与否；

2)像控点布设、刺点、整饰是否符合要求；

3)像控点测量的发展次数、测量误差、精度是否符合规定；

4)资料整理是否齐全；

选用GODWORK空中三角测量处理软件，该软件采用“ FSAL”自主知识产权创新算法引擎、基于扩展卡尔曼滤波的多维多模数据融合、高精度动态定位快速收敛算法，自动化程度高、成熟可靠，能够实现全自动化空三转点，自动剔除粗差区域的自动接边，接边差检查及成果输出；空中三角测量成果检查，主要检查：

1)检查连接点对最近野外控制点的平面位置、高程中误差是否符合规范要求；

2)检查基本定向点、检查点平面位置、高程中误差是否符合设计要求；

3)检查空中三角测量成果提交的数据格式，确保满足全数字摄影测量系统的要求；利用空中三角测量成果，自动生成DSM/DEM，利用DEM对原始影像做数字微分纠正，根据单张正摄影像进行拼接线镶嵌，对拼接生成的正摄影像进行匀色处理，制作出0.05米的大比例尺正射影像；此外，由于无人机航测系统受风速、气流的影响，造成获取的影像有云遮挡、阴影，为了弥补以上缺陷，利用无人机低空倾斜摄影技术，能够对建筑密集区域进行上下、左右、前后角度航摄；航摄完成后，通过软件自动建立真三维模型，被遮挡和阴影地方利用三维模型进行基础设施补充采集；

s3 .检查正射影像的质量是否合格，若不合格，则对不满足设计要求的航线进行重飞，重新制作大比例尺正射影像，若合格，则转到步骤s4；

其中，正摄影像成果检查，主要检查：1)影像拉花、变形区域进行检测和修复；2)道路、桥梁地物的错开检查；3)正摄影像精度检查；

正摄影像成果检查中各个步骤均可通过已有的方法完成或实现；

s4.内业对正射影像进行各类基础设施的分类和解译处理；

影像是信息的载体，包含了大量的信息，而这些信息是以不同特征方式呈现的，这些特征即是分类的依据；丰富的空间信息使地物几何结构和纹理更加明显，便于认识目标地物的属性特征，如地物的形状、分类；基于无人机低空航摄系统制作的正射影像分辨率优于0.05m，影像纹理清晰，特征明显，信息量丰富，非常有利于内业在影像上进行城市基础设施分类解译判读；按其表现形式的不同，目标地物特征分为三大类，其中：第一类是指目标地物在正射影像上的颜色，包括目标地物的色调和阴影；第二类是指目标地物在正射影像上的形状，包括目标地物的形状、大小、纹理和图形；第三类是指目标地物在正射影像上的空间位置和布局；内业基于上述三大类原则，在正射影像上根据城市基础设施分类标准，通过目视判读区分与识别城市基础设施的类别，并进行定点采集；采集的内容包括点要素、线要素和面要素，其中：点要素、线要素和面要素分别代表不同的目标地物特征；点要素采集在目标地物的中心位置；线要素采集线状地物的中心线；面要素采集地物范围边线的中心线封闭后构成面；

s5 .内业利用南方CASS9 .1软件和ARCGIS软件分类采集完成的点、线、面要素，进行编辑整理后，检查是否有采集的丢漏和错误；完成后制作以同名道路为单位的工作底图，工作底图内容包括各类城市基础设施地物，诸如道路两侧的市政设施、道路交通、园林绿化、市容环境、河流水务五大类多个小类的基础设施地物；

a .市政设施的采集：

应采集路灯、污水处理厂、污水泵站、雨水篦子、挡土墙、入海口停车场、景观亮化、箱变、雨水篦子支管，并分别进行了分层处理；

b.城市道路的采集：

应采集道路车行道、路名牌、人行道界石、人行道、道路沿石、桥涵、行道护栏、大门口、车行出入口，并分别进行了分层处理；

c.园林绿化的采集：

应采集园林绿地、行道树、人行道、分车带绿篱、垂直绿化、公园绿地、绿地园路、绿地附属设施点、绿地附属设施线、公园、绿地附属设施面，并分别进行了分层处理；

d .市容环境的采集：

应采集道路保洁、公厕、垃圾处理设施、垃圾箱、休息房，并分别进行了分层处理；

e .河流水务的采集：

应采集河道、水库、海堤、河道绿化、河道设施点、河道设施线、河道设施面，并分别进行了分层处理；

s6 .检查采集的数据质量是否合格，若不合格，则转到步骤s4，若合格，则转到步骤s7；

其中，数据质量的检查包括：

1)检查采集的城市设施部件要素的平面精度；

2)外业巡视检查工作底图图面表达的完整性、合理性；

3)检查城市设施普查图的数据格式是否符合规定，数据是否放在规定的数据层中；

4)检查工作底图的数学基础、有效范围是否正确；

5)检查数据的分层及其层名、各层存放的要素、属性表的结构是否正确，检查属性项定义、属性项之间关系、属性值逻辑一致性、代码一致性；

6)检查图形要素和属性项是否完整、顺序是否正确，有无重复或遗漏；

7)检查城市设施数据与周边数据的图形和属性接边是否正确；

8)检查拓扑关系是否正确；

s7 .对于影像上由于遮挡致使无法进行内业准确采集的地物和通过外业调查实地发生变化的地物，外业进行辅助补测，并对内业数据进行修改和完善；外业辅助补测的手段包括距离交汇法、直角坐标法、全站仪法和/或GPS-RTK方法；

s8 .内业对城市基础设施数据整理，形成目标城市基础设施普查所需的影像数据和和矢量数据，提交城市的基础设施普查成果。