[发明专利]一种固定翼无人机免像控点三维建模与测图的装置及方法

说明书

本发明属于无人机摄影测量技术领域，具体涉及一种固定翼无人机免像控点三维建模与测图的装置及方法。本发明由固定翼飞行平台、电源模块、IMU姿态测量系统、航摄相机、机载GNSS差分模块、通信模块、自驾仪模块和控制模块组成，经相机参数精准测定、三维航线绘制、架设基站、自动飞行与拍摄、落地检查和数据整理、曝光点外方位元素精准求定、附加综合系统误差参数的免像控点空三计算和稀少像控点精度校准八个步骤，无需进行地面像控点测量，即能使固定翼无人机搭载非量测型相机的航测系统实现空中三角测量精度达到1：2000、1:1000和1:500测图精度要求且可靠性更好，航测内业产品可直接加工，减少了外业像控点测量时间和开支，有效规避安全风险。

技术领域

本发明属于无人机摄影测量技术领域，具体涉及一种固定翼无人机免像控点三维建模与测图的装置及方法。

背景技术

现有无人机传统摄影测量或倾斜摄影测量技术作业流程中，为确保空中三角测量的几何精度，往往需要野外测绘一定数量的地面像控点，其坐标参与区域网平差计算，但在工期日益紧张、像控点测量成本日益增加、待测区域危险困难地面人员无法抵达等工况条件下，减少甚至免除地面像控点测量工序将日趋紧迫。

但是，目前的固定翼无人机传统下视单镜头航摄或“多镜头”倾斜摄影进行测图或三维建模，若完全免除地面像控点测量，还存在如下技术问题：

(1)现有的摄影测量与三维建模空中三角测量，依赖大量或少量地面像控满足必要的空三系统误差消除，无法实现真正的免除像控点进行前方交会测量定位。

(2)空中三角测量的平面和高程精度，尤其是高程精度受重力场模型和摄区严密转换关系影响，往往精度无法达到规范要求，以满足大比例尺地形测量或三维建模的国家标准精度要求。

(3)固定翼无人机航摄受无人机差分记录与曝光不同步、航摄速度无法匀速、无三轴云台和设备安装偏心差综合因素影响，空三平差存在系统差，很难像航速低、云台平稳的多旋翼无人机直接进行光束法平差实现免除像控点空中三角测量。

发明内容

本发明提供了一种固定翼无人机免像控点三维建模与测图的装置及方法，目的在于提供一种实现地面无像控点并使得三维建模与测图的空中三角测量定位精度达到国家大比例尺(1：500 1:1000 1:2000)测图精度的几何要求的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种固定翼无人机免像控点三维建模与测图的装置，包括固定翼飞行平台、电源模块、IMU姿态测量系统、航摄相机、机载GNSS差分模块、通信模块、自驾仪模块和控制模块；所述电源模块、IMU姿态测量系统、航摄相机、机载GNSS差分模块、通信模块和自驾仪模块分别连接在固定翼飞行平台上；所述IMU姿态测量系统连接在固定翼飞行平台纵向轴线的中点，并与自驾仪模块电信号连接；所述航摄相机刚性固定在IMU姿态测量系统下方并与IMU姿态测量系统电信号连接；所述自驾仪模块分别与机载GNSS差分模块、通信模块和IMU姿态测量系统电信号连接，自驾仪模块通过相机曝光线与航摄相机连接；所述控制模块设置在地面，并与通信模块电信号连接；所述机载GNSS差分模块、自驾仪模块和通信模块均与电源模块电连接。

所述机载GNSS差分模块至少包括机载多模高频GNSS接收机、GNSS接收天线、历元数据存储器、RTK通讯链路电台和电子耦合连接附属件；所述的机载多模高频GNSS接收机与GNSS接收天线电信号连接，历元数据存储器与机载多模高频GNSS接收机连接，RTK通讯链路电台与机载多模高频GNSS接收机电信号连接，电子耦合连接附属件的一端连接机载多模高频GNSS接收机，电子耦合连接附属件的另一端连接自驾仪模块。