校区无人机航测方案设计.docx
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校区无人机航测方案设计
学校代码：
学号：
HENANINSTITUTEOFENGINEERING
毕业设计
题目学院校区无
人机航测方案设计
学生姓名
专业班级
学号
学院
指导教师（职称）
完成时间
*学院毕业设计版权使用授权书
本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文、设计的有关规定，同意如下内容：
（1）按照学校要求提交设计说明和设计图纸的印刷本和电子版；
（2）学校有权并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存该印刷本和电子版；
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（5）在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制部分或全部内容用于学术和教学活动。
学生签名：
年月日
*毕业设计原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的设计，是本人在指导教师指导下，经过调查研究、综合分析，根据设计要求自主完成的设计成果。
除注明引用的内容外，设计成果不包含任何他人创作、已公开发表的作品和专利内容。
对本设计所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本设计原创性声明的法律责任由本人承担。
学生签名：
年月日
*学院
毕业设计任务书
题目*学院校区无人机航测方案设计
专业学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
1主要内容
1.1工作目的、任务来源、测区概况、作业内容及范围、作业依据、已有资料分析
1.2航空摄影测量方法和技术规定、像片控制测量的布设方法及要求、空中三角测量的作业要求和精度要求数字正射影像图（DOM）的制作、质量保证措施
2基本要求
2.1掌握无人机航测方案设计的基本要求及主要内容。
2.2基本掌握设计的过程，有清晰的设计思路。
2.3方案合理、优化、可行。
2.4掌握撰写设计说明书、学术性论文基本要求。
3主要参考资料
[1]徐宇飞，数字测图技术[M].郑州:
黄河水利出版社，2005.
[2]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉:
武汉大学出版社，2012.
[3]徐亚明，王佩军.摄影测量学[M].武汉:
武汉大学出版社，2005.
[4]徐绍铨，张华海.GPS测量原理及应用[M].武汉:
武汉大学出版社，2008.
[5]王树根，摄影测量原理与应用[M].武汉:
武汉大学出版社，2009.
完成期限：
指导教师签名：
专业责人签名：
年月日
*学院校区无人机航测方案设计
摘要
无人机产生于20世纪70年代，早期的无人机主要用于军事活动，由于其特有的技术优势，后来逐渐延伸到科研和民用领域。
无人机与航空摄影测量相结合，成为无人机低空摄影测量系统被引入测绘行业，加上非量测数码相机的引入，就使得无人机航摄系统成为航空摄影领域的一个新发展方向。
近年来，随着各种新型传感器和摄影测量平台的不断发展，无人机数字航摄技术以其机动灵活、经济、便捷等显著特点，成为了传统航空摄影测量手段的有力补充，在突发灾害应急数据获取及小范围快速成图方面显示出了无人机航摄系统独特的优势，得到了遥感和摄影测量等领域的广泛关注。
本文以*学院为航测方案设计对象，通过分析校园地理位置和地势的特点，设计了合理航测方案，主要以小型无人机作为实例，从测区资料分析、踏勘、设计，无人机航空摄影测量数据采集与处理，外业控制点选取与测量，航测数据内业数据处理，数据误差处理等方面做了详细的设计。
目的在于为小区域大比例尺地形图测绘航测方案提供参考。
关键词无人机；航线规划；航空像片；像控点
YellowRiverConservancyTechnicalInstituteCampusDesignaerialUAV
ABSTRACT
UAVproducedinthe1970s,theearlyUAVsmainlyusedformilitaryactivities,becauseofitsuniquetechnicaladvantages,thengraduallyextendedtotheresearchandcivilianfields.UAVsandaerialphotographycombinedtobecomethelow-altitudeUAVsystemwasintroducedphotogrammetrymappingindustry,coupledwiththeintroductionofnon-metricdigitalcamera,itmakestheUAVaerialsystemintoanewdirectionofdevelopmentinthefieldofaerialphotography.Inrecentyears,withthedevelopmentofnewsensorsandphotogrammetryplatformdigitalaerialdronetechnologywithitssignificantfeaturesofflexible,economical,convenientandsoon,hasbecomeapowerfulcomplementtotraditionalmeansofaerialphotography,inaburstdisasteremergencyfastdataacquisitionandmappingaspectsofsmall-scaleshowsauniqueadvantageUAVaerialsystem,hasbeenwidespreadconcerninremotesensingandphotogrammetryandotherfields.
Inthispaper,YellowRiverConservancyTechnicalInstitute,aerialdesignobjectsbyanalyzingcampuslocationandterraincharacteristics,designedreasonableaerialprograms,mainlytheMD4-200UAVasanexample,fromthemeasuredareadataanalysis,reconnaissance,design,nomachineaerialphotographymeasurementdataacquisitionandprocessing,fieldcontrolpointselectionandmeasurement,dataprocessingindustryintheaerialsurveydata,dataerrorhandling,etc.areexpectedtodothedetaileddesign.Thepurposeistoprovideareferenceforthesmallarealarge-scaletopographicmappingaerialsurveyprogram.
KEYWORDSUAV;Routeplanning;Aerialphotograph;photographcontrolpoints
1工程概况
1.1主要工作内容
（1）获取*技术学院校园范围内约0.93平方公里真彩数码航片。
（2）获取*技术学院校园范围内约0.93平方公里1：
2000数字线划图（DLG）。
（3）*技术学院校园（DOM）生成。
1.2测区自然地理概况
本次设计对象为*技术学院，校区位于开封市西北角。
开封界于东经113°51′51″-115°15′42″，北纬34°11′43″-35°11′43″，南北宽约92公里，东西长约126公里，总面积6444平方公里。
其中市区面积359平方公里。
东距亚欧大陆桥东端的港口城市连云港500公里，西距省会郑州72公里，南望平畴，北依黄河，在中国版图上处于豫东大平原的中心部位。
开封市地处豫东平原，黄河下游大冲积扇南翼。
海拔69米至78米。
这里地势平坦，土层深厚，土质良好，结构稳定，有利于各种农作物和经济作物的种植，林木覆盖率高于全国平均水平。
开封市气候主要受蒙古高压、太平洋副热带高压交替控制，属温带大陆型季风性气候。
其主要气候特征：
四季分明，降水集中于夏季，冬夏温差大，具体表现为春季气温回升迅速，冷暖变化剧烈气候干燥；夏季炎热多雨；秋季天高气爽；冬季寒冷少雨雪。
年均日照率为51％，平均日照时数为2267.6小时。
年平均气温为14.0-14.2℃，年无霜期为207-220天，年平均降雨量为627.5-722.9毫米，年平均大气蒸发量为1959.1毫米。
本次设计的对象为*技术学院新校区，学院位于开封市西北角，金明区东京大道西段。
学校占地面积1000多亩，建筑面积41万平方米。
2资料概况
现有资料有*技术学院1：
1000数字地形图采用1985国家高程基准，开封市城建坐标系。
*技术学院校园GPS控制点。
资料由*技术学院老师提供。
3作业依据与基本规定
3.1技术依据
本设计主要依据以下国家标准和行业规范（见表3-1）：
（自己再加点阐述的内容，不然打印出来空着的地方太多，不美观）
表3-1技术依据
序号
标准名称
标准代号
1
《全球定位系统城市测量技术规程》
CJJ73—97
2
《航空摄影技术设计规范》
GB/T19294—2003
3
《城市测量规范》
CJJ8—99
4
《1：
500、1：
1000、1：
2000地形图图式》
GB/T7929—1995
5
《1：
500、1：
1000、1：
2000航测内业规范》
GB7930—87
6
《数字测绘产品检查验收规定和质量评定标准》
GB/T18316—2001
7
地球空间数据交换格式
GB/T17798—1999
8
1：
500、1：
1000、1：
2000
地形图航空摄影测量数字化测图规范
GB15967—1995
9
国家测绘局《GPS辅助航空摄影技术规定（试行）》
—
10
国家三、四等水准测量规范
GB12898—91
11
数字测绘产品质量要求第1部分:
数字线划地形图，数字高程模型质量要求
GB/T17941.1—2000
12
《1：
500、1：
1000、1：
2000航测外业规范》
GB7931-87
13
《测绘产品检查验收规定》
CH1002-95
14
《测绘产品质量评定标准》
CH1003-95
15
《1：
500、1：
1000、1：
2000地形图数字化规范》
GB/T17160—1997
3.2基本规定
（1）所获取影像为可进行立体测量的真彩色数字影像。
（2）按10cm地面分辨率进行技术设计，影像数据满足1:
1000比例尺的线划图（DLG）、数字高程模型（DEM）和正射影像图（DOM）的成图精度要求[1]。
（3）配置高精度动态测量型GPS接收机，其性能应满足相应测图精度的技术要求，摄站点坐标成果采用事后相位差分技术解算。
（4）当GPS数据缺失或精度不够时，必须整条航线重摄。
（5）摄区边界南北覆盖一般不少于象幅的30%；每条航线开关机点按超出摄区所在相应测图比例尺图幅边界外东西各一条基线。
（6）航线按图廓中心线敷设，要求一张航片覆盖一幅图，航向重叠60%-65%；旁向重叠30%-35%。
（7）航片最大倾角不大于2°，数码相机旋偏角不大于9°。
（8）航摄分区的平均高度平面，按分区的高点平均高度加低点平均高度的1/2求得。
（9）基本航线按东西方向布设[1]。
（10）坐标系统：
1980西安坐标系，高斯投影3°分带，中央子午线参照校园所在位置；高程系统：
1985国家高程基准。
（11）成图比例尺：
1：
1000。
（12）1:
1000成图基本等高距为0.5米。
（13）测图范围：
*技术学院新校区。
（14）数据规格：
数据格式分别为：
数字线划图（DLG）为CAD2010的DWG数据格式；自由分幅，按村庄整幅图进行数据提交。
图幅上方图名标注如“宝马村三队工程地形图”。
图廓、注记、独立符号均按正北方向注记。
数字正射影像图（DOM）为TIF（附tfw）数据格式（0.1分辨率）；
3.3成图精度
地形图的精度应符合下表3-2规定：
表3-2地形图精度规定
点位中误差（m）
高程中误差（m）
成图比例尺
地物点
注记点
等高线
1:
1000
≤0.6
≤0.2
≤0.25
隐蔽和困难地区，平面和高程中误差可放宽1.5倍
注：
点位中误差为地物点对最近已知控制点的中误差，高程中误差为高程注记点，等高线对最近水准点的高程中误差，极限误差规定为中误差的两倍。
4技术方案
（1）航空摄影：
本次航摄资料利用MD4-200无人机搭载高分辨率数码相机拍摄。
按照1:
1000比例尺成图要求及无人机飞行相关要求设计飞行实施。
（2）像片控制测量：
利用河南省CORS系统，采用RTK测量或双频接收机双参考站模式按快速静态方式施测。
采用区域网布点法，按照4-5条基线，逐条航线布设平高像片控制点的原则进行布点[2]。
选刺执行GB/T7931-2008《1:
5001:
10001:
2000航空摄影测量外业规范》；像控点的测量执行GB/T18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》和CH/T2009-2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》。
（3）高程点测量：
按照每幅图10-15个点全野外进行实测，内业编辑上图。
（4）调绘参照GB/T7931-2008《1:
5001:
10001:
2000航空摄影测量外业规范》执行。
图式符号执行GB/T20257.1-2007《1：
5001：
10001：
2000地形图图式》。
（5）空中三角测量：
量测、计算采用全数字摄影测量工作站，用光束法平差软件进行空三区域网计算平差。
（6）立体采集：
由MapMatrix全数字摄影测量工作站完成。
航测内业技术要求执行GB/T7930-2008《1:
5001:
10001:
2000航空摄影测量内业规范》、GB/T20257.1-2007《1:
5001:
10001:
2000地形图图式》，采集要素分类码执行《1:
5001:
10001:
2000地形图要素分类与代码》。
外业高程点作为高程点和检查点使用。
（7）数据编辑：
数字地形图在CASS8.0编辑软件环境下完成。
（8）数字高程模型通过匹配编辑生成DEM，后期经格式转换为ASCIIGRID格式。
DEM格网1:
1000间隔1米。
（9）正射影像图（DOM）利用专业软件进行微分纠正，匀光、镶嵌生成图幅DOM。
（10）生产流程如下图3-1所示：
图3-1生产流程图
5航空摄影
5.1航空摄影技术参数设定
5.1.1基本参数确定
航线设计需要确定的基本参数有重叠度、航摄比例尺、测区平均基准面、摄影机的焦距、影像的像幅大小。
由基本参数计算出航线设计的参数有：
在基准面上的飞行高度、航线位置、航向角及航线数、曝光的时间间隔、每条航线的曝光数、总曝光数。
（1）重叠度
重叠度包括航向重叠度和旁向重叠度，航向重叠60%-65%；旁向重叠30%-35%。
航线设计是参照平均基准面进行的，地面起伏、影像倾斜角、飞行偏离航线、航高和地速变化等对重叠度均有影响[3]。
在航线规划时，可以预先考虑修正的是由地形起伏引起的变化，地形起伏对重叠度的影响不容忽视。
地形起伏的高差对重叠度的影响如下式给出：
Px=P´x+（1-P´x）·∆h/H
（5-1）
Py=Py+（1-P´y）·∆h/H
Px为考虑地形起伏影响时，航向重叠度实际值；P＇X为航向重叠度理论值；Py为考虑地形起伏影响时，旁向重叠度实际值；P＇y为旁向重叠度理论值；H为飞行的相对高度（相对基准面的高度，选取基准面）；∆h为测区地形相对基准面的变化值。
（2）航摄比例尺
航摄像片的比例尺是航空摄影的一个最基本的集合要素，是指像片上的一个单位距离所代表的实际地面距离[4]，表示为：
m=p/GSD（5-2）
m为航摄比例尺；GSD为影像地面分辨率；p为单位像元大小。
实际摄影比例尺在像片上处处不相等，一般采用平均比例尺表示：
m平均=f/H（5-3）
f为摄影机的焦距；H为飞行的相对高度。
（3）测区基准面确定
一般情况下航测作业的基准面并非平均海面，通常需要根据测区地形特点选定的一个平面作为基准面[5]。
h基=（h高+h低）（5-4）
h基为平均基准面高度；h高为区域内最高点的平均高程；h低为区域内最低点的平均高程。
5.1.2航线设计参数
（1）飞行高度的确定
根据成图比例尺的要求，选择合适的地面采样距离。
根据所选择的地面采样距离，利用相机的焦距和像元尺寸，得到相对航高[6]。
相对高度与基准面之和，即为飞机飞行的高度。
H=GSD·f/p
（5-5）
HO=H+h基
HO为飞机的实际飞行高度。
（2）航向间距与旁向间距的确定
Lx=（1–Px）·L·GSD
（5-6）
Ly=（1–Py）·W·GSD
Lx为航向间距；Ly为航线间的间距；L和W为数码影像的长度和宽度。
（3）像移量的控制
由于无人机遥感平台载荷受限的原因，无法加装复杂的像移补偿装置，只能通过缩短曝光时间、限制飞行速度两种措施来达到限制像移的目的[7]。
像移量δ的大小及像移的速度与飞行速度、摄影比例尺等因素有关。
δ=V·t·f/H（5-7）
δ为像移量的大小；V为飞机的对地速度；t为曝光的时间。
按照《1：
500，1：
1000，1：
2000地形图航空摄影规范》规定，曝光时间内最大像点位移不超过相片上0.06mm，即60μm。
对于CCD相机，显然这个像移足以造成影像模糊，取像点位移不超过1个像素，不影响影像的清晰度和地面分辨率。
为保证测量的精度、影像不产生明显模糊，在曝光时间内设定的像移量大小不超出像元尺寸的1／3—1／2。
快门速度的限制条件为：
t≦GSD/（2-3）v（5-8）（4）曝光时间间隔设定
T=Lx/v（5-9）
（5）航片数量
单条航线上航片数目：
N=L/Lx（5-10）
L为航线长度。
在航线两端点处各增加一个航片：
N0=N+2（5-11）
测区的航线数：
NL=AW/Ly（5-12）
AW为测区的宽度。
航片总数：
TN=N0+NL（5-13）
航线规划
常规航测航线的敷设，一般应沿东西方向进行[8]。
考虑到学院地形的高程变化不大且范围较小，本次航线设计以东西方向进行，航带规划示意图如下图5-1。
图5-1航线示意图
5.2航空摄影的实施
（1）航摄前准备工作
飞机及机组人员、摄影员停本场随时准备，只要有天气立即安排人员、设备进行试飞试照，并及时分析处理试照的影像，为正式作业做好准备工作。
（2）航空摄影的实施
一切准备就绪后，机组人员边在机场等待合适的航摄天气，边对航摄硬件进行检查维护，确保设备处于最佳状态，待到能见度好，碧空无云的晴朗好天气时，逐条航线进行航空摄影，争取在同一架次或相似的气候条件下执行航飞任务。
（3）质量控制与检查
航摄资料质量包括飞行质量和摄影质量两个方面[8]。
1）飞行质量控制：
采用高性能硬件来保证。
2）摄影质量控制
本次航空摄影必须选择能见度大于2千米的碧空天气或少云天气，尽量保持各飞行架次气象条件基本一致。
对提交的成果影像要保证单张彩色像片影像清晰，能够正确地辨认出各种地物，能够精确地绘出地物的轮廓，相邻的影像间相同地物色调基本一致，整个摄区的像片色调效果也基本均匀一致[8]。
5.3摄影质量控制措施
（1）飞行质量控制措施：
导航：
采用GPS导航，检查GPS导航仪的工作状况，防止因卫星失锁造成GPS导航失效。
（2）摄影质量控制措施：
利用飞行管理系统软件控制飞行，保证飞行数据准确。
摄影天气控制：
严格掌握摄影天气。
原则上航摄必须在晴天碧空，能见度良好时进行。
曝光参数的选用：
根据飞行高度、大气能见度、太阳高度角和等情况正确选择合理的曝光参数，保证影像质量。
（3）航摄结束飞机返场后，摄影员要采用飞行管理软件，立即对获取的摄站点GPS坐标数据作技术处理，当天评价飞行质量，若有不合格航线立即组织补飞。
存储航片影像数据的介质在做妥善包装后，当天由专人护送至基地做数据后期处理，数据处理中心在第二个飞行日前将航片数据质量检验报告送交现场人员，以便及时修改作业方案[9]。
5.4成果资料的检查
在整个作业实施过程中，实行“两级检查制度”，保证飞行和影像质量满足航摄规范的要求。
两级检查是指：
航摄部门在第一时间对航摄成果进行检查；整个摄区航摄飞行完成后，及时安排人员对成果陆续进行检查，确定没有缺陷和需要补摄的内容后，对整个摄区的资料按照招标文件和规范的要求进行整理。
5.5安全生产和风险规避
航空摄影是一项高风险的工作，在项目的实施过程中要积极做好安全教育和安全检查，确保安全生产并保证项目按期实施完成。
6航测外业技术要求
6.1像片控制测量
像控点的布设利用河南区CORS采用区域网布设，选刺执行CH/Z3004-2010《低空数字航空摄影测量外业规范》；像控点的测量执行CH/T2009-2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》，高程采用GPS拟合高程。
6.1.1像控点布设
（1）像控点布设：
航向方向按照4-5条基线，旁向方向逐条航线进行布设。
布点时应注意，所布点应能有效控制住成图范围，测段接头处不得有漏洞。
检查点布设：
一个区域网内的检查点的个数不少于两个。
点位选取应充分满足像片条件，选刺在像片航向及旁向重叠六片（五片）范围内，并确保在相邻各片都清楚[10]。
（2）像控点两人一组，一人刺点，一人检查，测量作业时，区域网角点原则上布设双点，避免点位刺错等问题。
（3）像控点编号原则：
像控点编号原则为P+像片号+序号，如：
P5341：
P表示为像控点类型（平高点），后四位编号5341为534片的第一个点。
像控点高程点编号原则为G+像片号+序号，如：
G5341：
G表示为像控点类型（高程点），后四位编号5341为534片的第一个点。
检查点编号原则为J+像片号+序号，如：
J5341：
J表示为像控点类型（检查点），后四位编号5341为534片的第一个点。
（4）像控点布设完成后绘制布点示意图供内业加密和存档。
6.1.2像控点的点位和目标要求
（1）应选在线状地物的交点、明显地物拐角顶点处、影像大于0.2mm点状地物中（如：
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