无人机航空摄影pdf

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  无人机航空摄影 目录 一、无人机介绍 二、无人机遥感和航摄系统 三、POS系统介绍 四、相关课题 一、无人机介绍 无人驾驶飞机简称“无人机”(UAV) ,是利用无线电遥控设备和 自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。实际上是无人驾驶 飞行器的统称,从技术角度定义可分为 :无人直升机、无人 固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几 大类。机上无驾驶舱,但安装有自动驾驶仪、程序控制装置 等设备。地面人员通过雷达等设备,对其进行跟踪、定位、 遥控、遥测和数字传输。 产生于 1917 年,早期主要应用于军事活动。20世纪 80 年 代以来,随着计算机和通讯技术的迅猛发展以及各种新型传 感器的不断问世 ,性能不断提高,续航时间从一小时延长至 几十个小时,任务载荷从几千克增加至几百千克 ,逐渐获得 了广泛的应用,延伸到民用遥感飞行平台领域。 二、无人机遥感和航摄系统 1、低空摄影测量 低空摄影测量通常指航高1000m以下的航空摄影测量;常用 的摄影平台有轻型飞机、有人直升机、无人飞艇、无人机、 无人机(UAV )遥感是航空遥感的一种重要方 气球等。 式,并日益成为一项空间数据获取的重要手段 提取成果快、生产周期短、运作成本低、可操作性强。 ,其具有续航时间长、影像实时传输、高危地 区探测、成本低、机动灵活等优点,是卫星遥 最具代表性的是以无人机为遥感平台的低空摄影系统:以数 字遥感设备为任务载荷,以遥感数据快速处理系统为技术支 感与有人机航空遥感的有力补充 撑,是一种高机动性、低成本的小型化、专用化遥感系统。 优点:安全性好、操控简单;对起降场地的条件要求不高、 任务设备易安装;可以低空、低速飞行;能够针对地面标志 性建筑物悬停拍摄,以保证获取的建筑物和地面目标的遥感 影像具有高分辨率等 二、无人机航摄系统 2、无人机低空数码航摄系统 一般包括四个部分: 地面系统包括用于运输超轻型飞机的车辆,用于作业指挥、 后勤保障的车辆等; 飞行平台包括无人机飞机、维护系统、通讯系统等; 数码遥感影像获取系统包括电源、GPS 自主导航与航摄管理 系统、数字航空摄影仪(数码航空照相机)、微型稳定平台系 统、控制与记录系统等; 数据处理系统包括航摄设计、航摄检查、空三测量、正射纠 正、立体测图等。 三、POS系统介绍 POS (Position and Orientation System) 集差分GPS技术 (DGPS)和惯性导航技术 (IMU) 于一体的定位定向系统,又称IMU/DGPS系统。 数码遥感影像获取系统的一部分。 DGPS用于确定三个外方位线元素(Xs,Ys,Zs);  IMU (即惯性测量装置)用于确定空间姿态,即 三个外方位角元素(φ,ω,κ); 由此得到航空摄影的6个外方位元素。 三、POS系统介绍 差分GPS POS系统 IMU 定位 定向 四、相关课题 ——基于像底点的POS系统视准轴误差检校 1、背景介绍:研究的意义与目的 新的需求: 近年来在我国频发的各种自然灾害,依赖于应急测 绘提供抢险救灾需要的测绘成果资料和地理信息技 【寻求一种无地面控制的IMU视 术服务。 航摄作为一个关键的获取信息的手段,在此特殊情 准轴误差在轨检校方法 】 况下展现出一定的非常规性:  没有规范的航线设计  没有航向重叠与旁向重叠  影像旋角大 四、相关课题 2 内容介绍 POS系统 相关坐标系 航空遥感中需要利用摄影测量的m-xyz坐标系与航 摄仪的c-xyz坐标系间相应坐标轴间的夹角(即为外 方位角元素),而POS系统提供的IMU的b-xyz坐标 系和m-xyz坐标系间相应坐标轴的夹角。在理想情 况下IMU的b-xyz坐标系与航摄仪的c-xyz坐标系各对 应轴应该平行,即两个坐标系可直接转换。 但由于实际安装中无法实现严格平行,存在一个小 g-xyz: POS导航坐标系 b-xyz: IMU本体坐标系 角度的偏差,即为视准轴误差(或偏心角),从而 c-xyz: 航摄仪本体坐标系 e-xyz: 地心直角坐标系 导致系统提供的像片外方位角元素不能直接使用, m-xyz: 摄影测量坐标系 需要进行系统误差校正。 四、相关课题 2 内容介绍 2.1传统的解决方案:在地面布设检校场 四、相关课题 2 内容介绍 2.2本项目的解决方法 像底点 数学模型 Rφ,Rω, 坐标 Rκ 像底点:空间一组铅垂线在 影像上的灭点称为 “像底点 通过建立观测 ”,同时也是通过投影中心( 方程,误差传 摄站点) 的铅垂线与像平面的 最终得到三个外方 递,建立严密 交点,其像平面坐标和影像 位角元素的误差 的数学模型 的摄站坐标( 外方位线元素) 无关,而只和影像的外方位 角元素有关 四、相关课题 2 内容介绍 2.3相关理论 由相片的实际外方位角元素可获得像底点坐标 Xn= -f *(c1/c3); Yn= -f *(c2/c3); 其中c1,c2,c3 都是由三个角元素组成的系数函 数;经旋转矩阵可列出其于IMU直接测定的外方 位角元素之间的关系,联立之后可以求解方程 通过同一摄区内两张相片的四个方程即可解出三 个未知数 四、相关课题 3研究方案与技术路线 对于角元素最终误差的可行性分析 验证所得数据的正确性 进行基本数学模型的建立 研究直线交会精度 获得像底点坐标 以hough算法 为起点研究 新的算法 研究一种快速优化的直线提取算法 四、相关课题 3研究方案与技术路线 ——铅垂线提取基本路线(主要负责部分) a).边缘检测:Canny边缘检测 b).直线提取: c).筛选铅垂线研究方案与技术路线 影响本算法精度的关键问题 1 2 3 对于铅垂线的提取, 城市航空摄影影像 直线提取的算 从影像上获取的最 包含大量铅垂线, 法是否在准确 终形式为直线段, 据透视原理这些直 而这些直线段经过 线应交于一点,即 的同时保证速 拟合成为直线,其 像底点。实际这些 度是能否提供 角度的精度将直接 直线的交点为一定 实时在轨检校 影像本项目的最终 范围的像素集。如 结果 何选取也是关键。 的重点 四、相关课题 3研究方案与技术路线 验证 以灭点理论为基础 像底点 空间姿态 直线提取 数学模型 以摄影测量 像底点公式 为基础 四、相关课题 4相关文献 4.1重要参考文献 张勇,铅垂线辅助空中三角测量的应用研究[D].武汉 大学 张勇,戴腾, 肖巍巍,卢星.像底点约束在城市大比例 尺空三中的应用[J]. 测绘通报 4.2论文成果 付建红,赵双明.基于像底点的机载POS视准轴误差 检校[J].测绘学报 付建红.像底点用于POS系统直接对地目标定位[J]. 测绘科学

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