无人机应用于航空测绘的解决方案

　　一、背景简介
　　
　　1、行业背景
　　
　　随着3S技术为代表的高新测绘技术和计算机技术的快速发展，传统的测绘行业正在迅速向地理信息产业转化。传统的测绘生产主体模式已发生根本性变化，产品由模拟形式转为数字形式，大量的外业测量被室内地理信息采集所取代。地理信息的采集、存贮、加工和分发已成为一种全新的概念。
　　
　　2、行业需求
　　
　　随着市场经济体制的建立和不断完善，测绘市场发育趋向成熟。首先，测绘产品的需求不断增大，服务领域不断拓宽。近年来，除传统用户外，电信、*、环保、金融等行业的需求不断增长，测绘产品的服务面几乎覆盖了国民经济的所有行业，初步实现了测绘为国民经济建设、国防、民众和政府服务的行业目标，充分显示了测绘行业的重要性。
　　
　　二、行业需求分析

　　
　　三、无人机航空测绘系统具体解决方案

　　
　　（一）应用无人机遥感技术采集数据
　　
　　我司通过无人机航摄所获取的竖直摄影影像、交向摄影影像、倾斜影影像以及复杂航线多基线摄影影像；通过多视影像匹配自动构建空中三角测量网，能进行多达10000片影像的大区域网光束平差；配合低空遥感的高分辨率影像，实现高精度航测定位；并且，能自动化生产数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）等产品。
　　
　　（1）快速响应
　　
　　无人机航测通常低空飞行，空域申请便利，受气候条件影响较小。对起降场地的要求，可通过一段较为平整的路面实现起降。升空准备时间15分钟即可、操作简单、运输便利。车载系统可迅速到达作业区附近设站，根据任务要求每天可获取数十至两百平方公里的航测结果。
　　
　　（2）快速获取地表数据和建模
　　
　　系统携带的数码相机、数字彩色航摄相机等设备可快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。
　　
　　（二）利用像素工厂进行后期数据处理
　　
　　公司利用无人机遥感技术，结合像素工厂进行信息处理和分析。所得的数据将成立体三维图像，实时反馈给主管部门。
　　
　　像素工厂（PixelFactory，PF）由法国SPOTINFOTERRA公司研制开发，是一套用于大型生产的对地观测数据处理系统，是一种能批量生产，且由一系列算法、工作流程和硬件设备组成的复合*化系统，包含具有强大计算能力的若干个计算节点。输入航空数码影像、卫星影像、或者传统光学扫描影像，在少量人工干预的条件下，经过一系列自动化处理，输出包括数字表面模型（DSM）、数字高程模型（DEM）、正射影像（DOM）以及真正射影像（TDOM）等产品，并能生成一系列其他中间产品。
　　
　　数字产品
　　
　　1.大规模生产真正射影像和传统正射影像
　　
　　真正射影像（TrueOrtho™）指所有物体的倾斜均被纠正的一种镶嵌影像。它是利用数字表面模型DSM，采用数字微分纠正技术，改正原始影像的几何变形，保证影像上每点都是*垂直视角。像素工厂可以通过对多视角的影像逐点计算，消除所有倾斜，生成真正射影像。与传统的正射影像相比，在大比例尺影像图中，避免了高大建筑的倾斜对其它地物的遮挡，在拼接地区能够实现平滑自然的过渡。利用的DSM能够生成的真正射影像。像素工厂实现了真正射产品的商业化和大规模生产，并实现了针对真正射影像的一系列解决方案，例如大气纠正、物理纠正、匀色等。真正射影像图直接用于做线画图，可大大降低制图成本，提高作业效率。
　　
　　传统摄影测量处理中，经过数字高程模型（DEM）校正、镶嵌得到正射影像。根据影像获取的几何原理，繁华的城市地区需要一些手工编辑以zui小化每张影像的视差（建筑物倾斜）。而真正射影像通过高精度DSM纠正消除了所有视差，建立了*垂直视角的地表景观，建筑物保持垂直视角，因此在真正射影像上，只显示了建筑物的顶部，不显示侧面，避免了高大建筑物对其他地表信息（其他较矮建筑物、道路、停车场、绿地等）的遮挡，恢复了桥梁的正确方位。下图反映了传统正射影像与真正射影像之间的主要区别。
　　
　　（a）传统正射影像中有建筑物倾斜效果
　　
　　（b）真正射影像中没有任何建筑物倾斜效果
　　　　
　　2.数字表面模型（DSM）
　　
　　像素工厂具有全自动提取密集数字表面模型DSM的能力，与传统摄影测量系统相比，像素工厂的优势之一就在于数字表面模型（DSM）的计算。传统的摄影测量系统计算DSM需要人工估计高程信息，而“像素工厂”则可以在25cm到1m的地面采样距离（GSD）之间自动进行DSM计算，无需人工干预。
　　
　　在加载了影像数据之后，像素工厂会利用专有的算法生成大量立体像对，并将这些立体像对分配到可用的计算结点上进行并行计算，这样可以减少立体像对匹配过程所花费的时间。根据对多视角数据的自动多重相关，可轻松提取DSM，航向和旁向的立体像对之间通过多相关方法进行匹配，这是一个逐点进行计算的过程。自动化算法可从原始影像每两像素提取高程信息，zui后通过融合得到数字表面模型。此外，像素工厂系统可以导入导出LAS（LIDAR）格式数据，因此可对LIDARDSM和多重相关生成的DSM进行混合。
　　
　　3.数字地形模型（DTM）
　　
　　像素工厂通过对DSM采取滤波算法，可半自动化的生成DTM，减少50%到95%的人工编辑。