毕业论文-无人机正射影像数据获取与制图方法.doc

无人机正射影像数据获取与制图方法班级：测绘1101姓名：摘 要遥感发展的方向是高光谱分辨率、高空间分辨率、和高时间分辨率。航天平台由于接收的电磁波必须要通过大气层，所以必定受到云层和地面天气的影响，所以通过缩短重访周期来提高时间分辨率是很难达到目的的。而无人机在云层下方，受云层的影响很小，在多云天气甚至阴天也能执行航摄任务。所以无人机遥感在提高时间分辨率方面具有独特的优势。在提高空间分辨率方面，无人机同样具有优势。随着多光谱传感器水平的提高，重量和体积下降，无人机遥感在提高光谱分辨率方面同样具有潜力。通过无人机遥感技术快速获取地形信息有着非常大的优越性，在对地形确定好分类要素的前提下，利用无人机技术解译其空间信息特征，并获取相应的地形数据具有很强的理论和应用意义。采用无人机测绘具有高效率，携带运输方便，机动灵活等多方面优势。因此采用无人机测绘手段基于全数字摄影测量工作站制作高水平的正射影像地图是未来低空遥感的发展趋势。本文以采用基于Mtrix 软件系统制作DEM和DOM的制作过程的方法讨论以及相关原理应用。第一章 绪论41.1课题研究背景与意义41.2 当今研究动态与发展61.3 论文的组织结构与章节安排7第二章 摄影测量基础理论知识介绍82.1摄影测量基本知识与原理83.1无人机遥感系统的组成174.3.1空三加密244.4生成DEM、DOM38启动MapMatrix软件，加载MapMatrix空三成果,如图2-2338（2）图幅修补55参考文献57目 录第1章绪论 1.1 课题的研究意义 1.2 当今研究动态 1.3 论文的组织结构与章节安排 第2章 摄影测量基础理论知识介绍 2.1 摄影测量基本知识与原理 2.2 摄影测量分类及应用 2.3摄影测量常用坐标系 2.4双像解析摄影测量 2.5空中三角测量 第3章 无人机航摄系统与Matrix系列软件简介 3.1 无人机遥感系统的组成 3.2 无人机遥感技术的特点 3.3 Matrix系列软件介绍 第4章 基于Matrix制作DEM和DOM的原理与方法 4.1 无人机影像数据获取 4.2 数字摄影测量系统作业基本原理 4.3 无人机影像数据处理操作步骤与解释 4.3.1空三加密 4.3.1.1 启动DATMatrix 4.3.1.2 调用PATB进行平差解算 4.3.1.3 导出空三成果 4.3.2 生成数字高程模型（DEM）和（数字正射影像图）DOM 4.3.3 镶嵌成图 4.3.4导入Mapmatrix工程生成DOM镶嵌工程 第1章 绪论1.1课题研究背景与意义 摄影测量学有着悠久的历史，从19世纪中叶法国人拍到人类测绘历史上的第一张摄影测量相片至今，摄影测量学经历了模拟摄影测量、解析摄影测量，到今天的数字摄影测量。随着现代航空工业的迅速发展，摄影测量学与航空技术两者的结合爆发了巨大的生命力，逐渐形成我们所熟知了解的航空摄影测量学。更令人震惊的是人造卫星的成功发射，摄影测量行业步入了崭新的历史阶段，就是随后出现的摄影测量与遥感相结合的遥感摄影测量学随后，在1980年的国际摄影测量学会上将本来的名字正式更改为国际摄影测量与遥感学会。当前随着网络信息时代的发展，人们对地理空间信息大家越来越熟悉，地球上所有的一切物体它和地理空间信息密切相关，而摄影测量就是通过影像来获取空间地理信息的学科，通俗而言：摄影测量就是通过摄影，进行测量。 进入21世纪以来，摄影测量与遥感学科理论与方法有了突飞猛进 发展，在摄影测量方面数码航空相机的使用越来越广泛，机载POS对地定位系统的使用使无地面控制空中三角测量成为可能，机载激光测距(Lidar)及其应用前景非常广泛；在遥感方面，基于多平台多传感器和多角度的对地观测具有高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的特点，基于高分辨率遥感影像的制图对传统航空摄影测量测图方法提出了挑战；集3S技术于一体的移动测图系统也逐步从实验研究走向实用，已成为空间信息快速获取和地图更新的重要手段；摄影测量与遥感数据的计算处理更趋自动化和智能化，数字化测绘的产品形势越来越丰富，为社会提供信息化服务的信息化测绘的理念越来越多的为人们所接受。以3S技术为支撑，以4D为主要产品形式的数宇化测绘技术体系已成为测绘界的发展趋势。上世纪90年代，基于张祖勋院士的数字摄影测量研究成果我国在澳大利亚首次推出具有我国自主知识产权的全数字摄影测量系统VirtuZo,随着现代信息科学技术的飞速发展，全数字摄影测量系统发展至今，逐步的趋于成熟，Matrix 是由航天远景公司潜心研发的新型数字摄影测量平台，和传统的数字摄影测量工作站相比，具备以下优势：作业过程自动化、采编入库一体化、数据处理海量化(TB级)，在 4D数据生产、灾害评估、应急测绘、林业、水利、国防等应用领域与行业方面有着广泛应用。MapMatrix是中国成长最快的数字摄影测量平台。是生产高精度、高质量的数宇高程模型DEM (Digital Elevation Model )、高质量的数宇正射影像DOM (Digital OrthophotoMap)、数宇线划图DLG(Digital Line Graphic)踌3D产品的一套以全数宇、半自动化、实用性强、人机交互功能友好的微机数字摄影测量工作站。全数宇摄影测量的4D产品DEM, DOM, DLG, DRG(都是以数据形式获取和归档的，数据信息以真三维地理坐标形式存储，生产过程可实现无损数据传递、测图、编辑一体化，点点都包含三维信息，这是以往模拟、解析摄影测量所无法比拟的。近年来， 随着测绘手段的发展改进，无人机低空摄影测量系统作为卫星遥感和常规航空摄影测量的有效补充手段， 在基础测绘方面体现了无可比拟的优势。低空无人机航测技术逐渐成为国家测绘发展行业的主要力量，无人机具有机动灵活、 高效率、国情地理数据更新方面、 携带运输方便等众多优势。近年来， 无人机技术的不断发展、 自动控制技术和无线通信技术的不断成熟， 基于无人机的低空摄影测量成为研究的热点， 并具有广阔的发展与应用前景。DOM 数据具有精度高、 信息丰富、 直观逼真等优点， 在洪水监测、 河流变迁、 旱情监测 、土地覆盖与土地利用土地资源的动态监测、 生态变化监测等的利用非常广泛 。因此利用无人机影像快速制作高质量 DOM 成为低空遥感的必然趋势。1.2 当今研究动态与发展 首先介绍无人机发展历程。无人机出现在1917年，早期的无人驾驶飞行器的研制和应用主要用作靶机，应用范围主要是在军事上，后来逐渐用于作战、侦察及民用遥感飞行平台。20世纪80年代以来，随着计算机技术、通讯技术的迅速发展以及各种数字化、重量轻、体积小、探测精度高的新型传感器的不断面世，无人机的性能不断提高，应用范围和应用领域迅速拓展。最先主要应用于军事活动，后逐渐延伸到民用遥感飞行平台等领域当中，民用无人机1998年才开始市场运作，2002年全球民用无人机年产值己达到1.02亿美元。随着计算机技术与通讯技术的迅猛发展以及各种重量轻、体积小、探测精度高的数字化新型传感器的不断问世，无人机的性能得到不断提高，使得低空无人机航摄系统有了较成熟的技术支持，凭借其独特的性能优势，无人机航摄系统已从研究阶段进入了实际应用阶段，并具有广阔的应用前景。可以预测，无人机的民用价值将具有很大的市场潜力，无人机将用语土壤监测、海洋监测、大气监测、气象预报、灾害监测与评估、危险环境搜救、深林灭火、农作物播种、通讯中继、大地测绘等民用领域。事实上，在某些领域，如气象预报，数字城市建设已经有无人机在工作了，可以说，随着无人机技术乡民用领域的扩展，无人机的民用空间一样是非常广阔的。世界范围内的各种用途、各种性能指标的无人机的类型已达数百种之多。续航时间从一小时延长到几十个小时，任务载荷从几公斤到几百公斤，这为长时间、大范围的遥感监测提供了保障，也为搭载多种传感器和执行多种任务创造了有利条件。 低空无人机航测系统在我国气象监测、资源环境调查与监测、地形测量、测绘应急保障等方面都有应用。随着我国经济和文化建设的发展，不考古现场等发现、少古建筑、田野考古探索、城乡的地貌发生巨大变化。由于资料较为陈旧，一些版图反映不出新的面貌，加上常规的成图周期，现在已经不能满足需要。所以现在普遍利用无人机遥感航拍技术更新地理资料，这对经济建设起到了积极的促进作用。1.3 论文的组织结构与章节安排 全文的主要内容安排如下： 第一章：绪论，主要介绍当今无人机的发展背景，以及低空无人航测系统的发展历史过程。 第二章：介绍摄影测量相关理论 第三章：无人机航摄系统与Matrix软件介绍 第四章：基于Matrix 系列软件制作DEM和DOM第2章 摄影测量基础理论知识介绍2.1摄影测量基本知识与原理什么是摄影测量，由测绘的前方交会看摄影测量，在地面上两个已知位置点上，安置经纬仪，对未知坐标点A测定水平角、垂直角，通过简单的几何关系计算，就能测得未知点的空间坐标A（X,Y,Z）.然而从摄影测量的角度来讲，放置的就不是两台经纬仪，就替换为两台照相机，这个时候假定，两台相机的空间位置是已知的，然后对同一物体（比如雕塑）拍两张照片，然后量测相片上所谓的同名点。同名点即不同像片上但是是同一位置的点。第二：由计算机视觉看摄影测量，计算机视觉得研究目标是使计算机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力,也就是使计算机有人的视觉的能力，在这里做一个最简单的实验，如果我们把自己的两只手在前后的把它分开，放在一前一后，然后放在眼睛的前面，你会发现，左边的眼睛和邮编的眼睛看见两个手指的位置是不一样的，而正是这个不一样，也就是说这里边两张不一样，也就是这两段距离是不一样的，正因为有这个差异，它就构建了摄影测量和计算机视觉最最重要的理论基础。这就是我们摄影测量最基本的原理。所以摄影测量归纳起来一个最基本的流程，也就是说你只要在不同的已知位置对这个物体拍下两张照片，这一过程我们叫做数据获取，然后在获取的照片上进行量测，我们叫做数据处理，最后就能够构建成一个所摄物体的一个三维的空间模型，实际上就是通过所摄照片，构建一个模型，然后我们再模型上面进行测量，这就是摄影测量基本的核心内容，所以摄影测量，从科学的观点来讲它是通过二维影像来构建三维空间的一个学科，也就是通过影像对物体进行间接的测量，通过影像来得到一个可靠的量测的结果。摄 影-由三维 二维的过程摄影测量-由二维 三维的过程摄影测量是摄影-逆过程、反转过程比方说，如果把一张相片放在一个投影的仪器里面，把它照片再反过来投影投下来，这个时候我们在地面就可以建立起他的模型，然后就可以进行测图，也就是我们之前所说的摄影测量本身是构建一个三维的数学模型，然后再模型上面进行测量的过程，归纳起来摄影是由三维的空间物体来获得二维影像的过程，摄影测量就是用二维的影像来重新恢复三维的模型核面：摄影基线与同一地面点发出的两条同名光线组成的面核线：核面与左右像片面的交线为同名核线同名像点：同一地面点发出的两条光线经左右摄影中心在左右像片上构成的像点称为同名像点同名光线：同一地面点发出的两条光线称同名光线2.2摄影测量分类及应用所以为我们把照相机放在不同的位置上面就有不同得摄影测量门类，如果把照相机放在卫星上面,那么摄影测量就被称作航天摄影测量，也可以放到飞机上面，可以高空、中空、低空的飞机，对地面进行照相，这时候摄影测量就成为航空摄影测量。摄影测量的位置也可以是人拿来照相，站在地面上就叫做地面摄影测量或者近景摄影测量，所以摄影测量大概可以分为三个不同的门类:（1） 航天摄影测量（卫星）（2） 航空摄影测量（飞机）（3） 地面摄影测量摄影测量的基本任务：测绘各种比例尺的地形图航空摄影测量：可绘制各种比例尺地形图，如1:5万、1:1万、1:5千、1:2千、1:500；航天摄影测量：主要测绘1:5万、1：1万，主要是一些卫星影像，如美国的IKONOS卫星影像,我国的ZY-3卫星影像。地面摄影测量：主要测绘各种工程大比例尺地形图；近景摄影测量：可用于各种工程、工业、医学、建筑、考古、刑侦等领域。2.3摄影测量常用坐标系根据像片上的像点的位置确定相应地面点的空间位置是摄影测量几何处理的任务是，为此首先必须选择适当的坐标系来定量的描述像点和地面点，然后，才能从相仿坐标量测值出发求出相应点在物方的坐标，实现坐标系的变换。摄影测量中常用的坐标系分为两大类：一类是用来描述像点的位置,统称为像方空间坐标系。另一部分是用来描述地面点位置，统称为物方空间坐标系（1） 像平面坐标系1. 像平面坐标系像平面坐标系用来表示像点在像平面的位置，一般都采用右手坐标系，而X,Y轴的选择按需要而定，在解析和数字摄影测量中，一般根据框标来确定像平面坐标系，统称为像片框标坐标系。在摄影测量解析计算中，像点的坐标一般采用一像主点为原点的像平面系中的坐标，因此当像主点与框标的连线的交点不重合时，这时需将像片框标坐标系中的坐标平移到以像主点为原点的坐标系，当像主点在像片框标坐标系中的坐标为Xo，Yo时，则应量测出的像点坐标X,Y并化算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为X-Xo,Y-Yo。2. 像空间坐标系为了便于进行空间的坐标转换，需要建立起描述像点在想空间位置的坐标系，即像空间坐标系，以摄影中心O为原点，x,y轴与像平面坐标系的x,y轴要平行，z轴要与主光轴重合，形成一个像空间右手直角坐标系O-xyz。在这样一个坐标系中，每一个像点的z 坐标都等于-f,而x,y 坐标就是像平面坐标x,y，所以，像点的空间坐标表示为x,y,-f.像空间坐标系，像空间坐标系是随着像片的空间位置来定，因此每张像片的像空间系是各自独立的。3. 像空间辅助坐标系 像点的像空间坐标可直接以像平面坐标求的，但是这种坐标的特点是每一张相片的像空间坐标系不会统一，这给计算带来一些困难，所以，需要建立一种相对统一法如坐标系统，称之为像空间辅助坐标系，用S-xyz表示。这样的坐标系的原点仍然选在摄影中心S，坐标轴系的选择视情况而定，一般有三中选取方法。（1） 取铅垂方向为Z轴，航向为X轴，构成常见的右手直角坐标系。（2） 选取每一条航线内首张相片的像空间坐标系作为我们的像空间辅助坐标系。（3） 以每个像片对的左片摄影中心作为坐标原点，摄影基线方向作为X轴，以左片主光轴雨啊摄影基线构成的面作XZ平面，构成右手直角坐标系。（2） 物方空间坐标系1. 摄影测量坐标系将像空间辅助坐标系沿着Z轴相反方向平移至地面点D，得到D-XoYoZo，称为摄影测量坐标系。2地面测量坐标系地面摄影测量坐标系一般指地图投影坐标系，也是采用国家测图常用的高斯-克吕格3度带或者6度带投影的1980西安坐标系和1985黄海高程系，两者所组成的空间直角坐标系是左手系，如图T-XtYtZt。3地面摄影测量坐标系因为地面测量坐标系采用的左手系，而摄影测量坐标系采用的右手系，这就给摄影测量坐标到地面测量坐标的转换带来了一定困难，所以，在地面测量坐标系与摄影测量坐标系之间建立一种过渡性的坐标系，称之为地面摄影测量坐标系，用A-XtpYtpZtp表示，原点为地面某一控制点，Ztp轴与地面测量坐标系的z轴平行，Xtp轴与航线一致，在摄影测量中，第一将摄影测量坐标转换成地面摄影测量坐标，然后再转换成地面测量坐标。2.3共线方程式 欲实现通过影像的量测实现对物体的直接测量，条件有两个基本任务1.在像片上量测的点必须是同名点，如：a1-a2,b1-b2,、2.恢复摄影光线S1a1A-S2a2A 在摄影时的空间方位综上就是要构建影像和物体之间的严格的几何关系，为此需要引入几个基本概念。 内方位元素：描述摄影中心与像片之间相关位置的参数，即摄影中心S到像片的主距（垂距）f及像主点o在相片框标坐标系中的坐标Xo,Yo。三个内方位元素是建立测图所需的立体模型的基础，一般视为已知，它由摄像机制造厂家对摄像镜头进行鉴定得到，一般来说，内方位元素是中的Xo,Yo是一个微小值，但它的正确与否直接影响测图的精度，所以要对航摄机做定期的鉴定外方位元素：在恢复摄影光束（即内方位元素）的基础上，要确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称之为外方位元素。一张相片的外方位元素包括六个参数，其中三个角元素用来表达像片面的空间姿态，另外三个直线元素，用来描述摄影中心的坐标值。设摄影中心S与地面点A在地面摄影测量坐标系D-XtpYtpZtp中的坐标分别为Xs,Ys,Zs(即像片外方位直线元素)和Xa,Ya,Za ，则地面点A在像空间辅助坐标系中的坐标为Xa-Ys ， Ya-Ys ，Za-Zs ，而相应像点a在像空间辅助坐标系中的坐标为X ,Y,Z。由于S，a ，A三点共线，因此相似三角关系得式中为比例因子，写成矩阵形式为化简得：以上就是共线方程式基本形式在解析和数字摄影测量中，共线方程是非常有用的，共线方程式共包括12个参数：以像主点为原点的像点的坐标x,y，相应地面点Xa ，Ya ，Za ，像片主距f 及外方位元素Xs，Ys，Zs，。若已知像点坐标以及像片内外方位元素，利用共线方程式可计算相应的像点坐标；反之，若已知像片的内外方位元素，此时还不能计算地面点的三维空间坐标，只有同时知道地面点的高程时，然后才能确定地面点的平面位置，因此在摄影测量处理中，需要使用立体影像确定地面的三维坐标，若已知像片的内外方位元素以及至少三个地面点坐标并量测出相应的像点坐标，则可根据式（2-10）列出至少6个方程式，解求出像片6个外方位元素，此法称为空间后方交会。2.4 双象解析摄影测量根据单张像片的话只能确定地面某个点的方向，不能确定地面点的三维空间位置，而有了立体像对（即在两个摄站对同一地面社区相互重叠的两张像片）则可以构成与地面相似的立体模型，解求地面点的空间位置。就像人有了两只眼睛，才能看三维立体景观一样。立体模型是双象解析摄影测量机基础，用数学或模拟的方法，重建地面立体模型，从而获取地面的三维信息所摄影测量的主要任务。相对定向：所谓的相对定向也就是恢复两张像片的相对位置，形成地面的几何模型的作业过程。像对的相对定向主要有解析法相对定向和模拟法两种方法。同名射线对对相交是相对定向的理论基础。用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素，用解析计算的方法解求相对定向元素的过程，即为解析法相对定向。而模拟法像对的相对定向则是在模拟测图仪上进行的。绝对定向：在完成了像片的相对定句之后，并没有恢复两张像片的外方位元素，因而建立起来的几何模型，它的比例尺和空间方位都是任意的，因此还要确定模型比例尺，并将模型置平，这一过程即为模型的绝对定向。简单地说绝对定向就是将摄影测量坐标转化为地面测量坐标的过程，这一过程至少需要三个地面控制点。同样绝对定向也有解析法和模拟法两种方法。2.5 空中三角测量 在双象解析测量中，每一个像对都要求在野外测得4个地面控制点（GCP）。这样的话外业的工作量太大，效率不高。为此我们提出解析法空中三角测量，可以在一条航带十几个像对中，或者几条航带构成的一个区域网中，测出少量的外业控制点，在内业用解析摄影测量的方法加密得到每一个像对所需要的控制点，然后用于测图，解析空中三角测量有如下三中方法。我们着重介绍第三种，因为我们接下来做空三的平差方法是基于光束法的理论基础。（1） 航带法解析空中三角测量 航带法空中三角测量所研究的对象是一条航带的模型，第一步把许多的立体像对多构成的单个模型连接成一个航带模型，然后把单个航带模型视为一个单元模型进行解析处理，把模型点的摄影测量坐标作为观测值，根据相邻航带的公共坐标应相等以及地面坐标和摄影测量坐标应相等为条件。用平差的方法解出航带网的非线性变形改正系数，为此求得各加密点的地面坐标。（2） 独立模型法解析空中三角测量以单元模型作为平差单元，模型坐标作为观测值，然后根据地面控制点的地面坐标和摄影测量坐标应相等以及公共摄站点的摄影测量坐标、相邻模型公共点应相等为条件，确定每个单元模型的平移、旋转、缩放参数，由此求得各加密点的地面坐标。独立模型法空中三角测量的基本关系式是空间模型的相似变换。（3） 光束法解析空中三角测量所谓光束法区域网空中三角测量是把一张像片组成的一束光线当作一个平差的基本单元，平差的数学模型是中心投影的共线方程式，以像点坐标作为观测值，根据控制点的地面坐标与加密坐标相等、相邻像片公共交汇点坐标相等为条件，解得每张像片的加密点的地面坐标和外方位元素。光束法空中三角测量的主要作业过程有： 像片外方位元素和地面点坐标近似值的确定; 逐步建立误差方程和改化法方程; 利用边法化边消元循环分块解求改化法方程式; 求出每一张像片的外方位元素; 空间前方交会求待定点的地面坐标，对于各片公共连接点应取其平均值作为最后结果。第三章 无人机航摄系统与Matrix系列软件简介3.1无人机遥感系统的组成低空无人飞行器的测绘遥感系统主要由航拍无人机系统、任务载荷系统、数据处理系统等组成。在气候条件较差、测区面积较小的情况下，采用低空无人飞行器进行航拍、快速获取测区大比例尺4D产品已经成为一种高效、低成本的遥感测绘方式。图2-1 无人机遥感系统的组成 无人机按照系统组成和飞行特点，无人机可分为固定翼型无人机和无人驾驶直升机两种。固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，类型较多，能同时搭载多种遥感传感器。起飞方式有滑行、弹射、车载、火箭助推和飞机投放等；降落方式有滑行、伞降和撞网等。固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地，比较适合矿山资源监测、林业和草场监测、海洋环境监测、污染源及扩散态势监测、土地利用监测以及水利、电力等领域的应用。无人驾驶直升机的技术优势是能够定点起飞、降落，对起降场地的条件要求不高，其飞行也是通过无线电遥控或通过机载计算机实现程控。但无人驾驶直升机的结构相对来说比较复杂，操控难度也较大，所以种类有限，主要应用于突发事件的调查，如滑坡勘查、火山环境的监测等领域。 飞行控制系统：主要完成无人机的飞行控制与飞行管理。 遥感传感器遥感传感器是根据不同类型的遥感任务，使用相应的机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、多光谱成像仪、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪、合成孔径雷达等。使用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点。 地面测控站：主要完成航线设计、相关参数设置、数据管理等工作。 遥感数据的后处理技术目前的无人机遥感系统多使用小型数字相机（或扫描仪）作为机载遥感设备，与传统的航片相比，存在像幅较小、影像数量多等问题，针对其遥感影像的特点以及相机定标参数、拍摄（或扫描）时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和辐射校正，开发出相应的软件进行交互式的处理。同时还有影像自动识别和快速拼接软件，实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速处理，以满足整套系统实时、快速的技术要求。进一步的建摸、分析就要使用相应的遥感图像处理软件。3.2无人机遥感技术的特点 勘查区域可以到达常规航空摄影无法到达的空域、高度或危险地区。 无人机飞行费用低，可做超低空飞行探测。 相比常规航空摄影，无人机飞行审批手续简单。无人机属于遥控飞行器，基本不用审批(机场、特殊地区除外)。 无人机平台较为轻便，机动灵活，对起降场地要求较低，易于转场。 动态性和安全性能好。 航摄效率高，可即时重拍；工作现场集中，便于统筹安排。 成像效果清晰，影像分辨率高：无人机可以飞得足够低，可以获取足够高分辨率地面影像(可达到厘米级)。 云层下成像：不受多云天气的制约，低空无人机遥感平台可以在云层以下对地面成像。 具有实时获取影像资料的能力。3.3 Matrix 系列软件介绍（1）DatMatrixDatMatrix 数码新空三软件是由航天远景公司自主开发的空中三角测量软件系统。通过利用少量地面控制点来计算测区中所有加密点的地面坐标和所有影像的外方位元素。此系统主要针对小数码影像，同时也支持大数码影像和胶片影像。除了半自动量测控制点之外，像其他所有作业如：连接点提取、内定向等都可以自动完成。连接点自动提取模块效率高、运行可靠、算法先进、结果精确。本系统同时集成了 PATB 光束法区域网平差软件，因此平差计算功能和粗差检测功能也很强大。本系统所有成果基于数据库文件管理模式，更加安全方便，恢复机制较非常好。（2）MapMatrixMapMatrix 软件系统基于卫星遥感、航空、外业等数据进行多源空间信息综合处理的平台。它为基础数据生产、处理、加工提供了一系列集成的工具，而且还采用了先进统一的数据管理接口将处理数据有效管理起来， 并为后期数据的增值和共享提供基础。由此成为空间地理信息数据采编一体化、数据更新的整体解决方案，该系统可广泛地应用于基础测绘、卫星遥感、城市规划、军事测量、国土资源、环保、水利、能源、公路、铁路、农业、电力、林业等众多应用领域。（3）EPT易拼图（EPT），一套从事正射影像生产的工具软件。该软件具有正射影像生成、拼接、分幅裁切、匀光匀色、图幅接边、以及正射影像编辑、查图与修补等功能组成。易拼图（EPT）的最大特点在于能读取并继承空三与DEM成果数据，而且在不损失其精度的情况下，一键完成影像修补；并且能够自动规划拼接线，实时更新成果数据，跨图幅的自由操作，所见即所得；能根据不同影像提供不同的匀光策略，有效的保留影像的细节；还能实现类似于Photoshop图像精细编辑，且自动完成编辑区图幅的接边；能支持海量数据浏览与读写。易拼图（EPT），让正射影像生产更容易，使正射影像生产中带坐标的Photoshop。第4章 基于Matrix系列软件制作DEM和DOM 的原理与方法 4.1 无人机影像数据获取4.2数字摄影测量系统作业基本原理与流程1.数字影像的获取用高精度的影像扫描仪对相片进行数字化，或者直接通过光学影像 转化成为数字影像，存储在硬盘中，如果是直接用数字相机或得的影像，则省略这项工作。2.数字影像的定向数字影像的内定向包括内定向、相对定向、绝对定向。内定向。通过对数字影像的框标进行自动或人工识别与定位，计算出扫描坐标系与像片坐标系之间的变换参数。相对定向：提取影像中的特征点，进行二维相关运算寻找同名点，计算相对定位参数。定向参数的计算方法与双象解析摄影测量的相对定向相同，只是为了提高精度和可靠性，通常选用数十至数百对同名点参加定向计算。绝对定向。通过人眼观测，在右（左）影像定位控制点，由影像匹配确定同名点，根据解析绝对定向算法计算绝对定向参数。3.建立核线影像按照核线关系，将影像的会读沿核线方向重新排列，构成核线影像，一边立体观测以及将二维相关简化为一维相关。4.影像匹配与建立数字地面模型沿核线进行米几点的一维影像匹配，求出同名点，根据定向元素计算像点对应地面的空间坐标，然后内插出规则格网的数字高程模型或构建不规则三角网。5.自动绘制等高线根据规则格网的数字高程模型或不规则三角网，采用一定的算法自动生成数字等高线。6.制作数字正射影像根据规则格网的数字搞成模型，采用数字纠正方法，将原始数字影像纠正为正射影像。7.数字测图根据地物调绘片和高程模型数据，在立体观测下，由作业员通过人际交互方式，测绘地物地貌。4.3 空三加密4.3.1 启动DATMatrix 新建工程（1）DATMatrix 流程图DATMatrix操作准备数据：排好序、调整好方向的影像图；控制点文件；相机文件。如下图第一步：打开DATMatrix 新建一个工程工程名不能为中文，保存文件意为设置工程保存位置，为了方便起见一般保存在images同级文件下，有POS信息导入POS信息 没有则不勾选，如果是普通数码相机拍摄的影像则工程类型选小数码相机，量测相机则选胶片量测相机。接下来设置航带信息，打开航带信息出现下图 首先点扫描，如果图像在images文件下已经分文件夹则勾选包含子目录，否则不勾选。如果没有按文件夹分好航带，则需手动划分航带，如下图接着点击一航带，进行航带设置，如下图下一步添加影像把航带内的影像从images文件夹下全部选中，接着刷新ID 设置每张航片ID，完成后如下图同理设置其余航带。航带设置完成后点确定完成新建工程。第二步 设置工程相关参数1、 在DATMatrix下右上角设置整体扫描分辨率扫描分辨率=对应相机CMOS值/对象相机最大像素2、 添加控制点文件，点击参数-控制点文件 出现下图导入之前准备好的控制点文件，控制点格式如下第一行为控制点总个数从第二行开始 第1列代表ID号，第2列代表控制点X值，第三列代表控制点Y值，第4列代表Z值，第5列代表控制点平面坐标参与平差中的权重，第6列代表控制点高程参数平差权重，1为最大，9为最小，0表示不参与控制平差。3、 添加相机问价 点击 参数-相机文件 出现下图导入准备好的相机文件，如果影像已经做过畸变处理，则不需要添加畸变差参数，否则则需要修改级别差参数修改界面如下图畸变差参数一般有2个横向参数（k1、k2）和2个径向参数(p1、p2)，要注意畸变参数是否以像素为单位，不是不勾选，是则勾选，一般以像素为单位也勾选左下角为原点。相机文件格式如下设置好相机文件之后保存退出 会提示进行内定向，选择是4、 参数设置好之后就可以进行转点，点击 操作-自动转点 如下图有外方位元素则勾选使用EO信息否则不勾选，点击OK 进行自动转点5、 转点完成之后刺控制点在全局视图下把“连接点+控制点”改为“控制点”，再如上图选择“加点”和“补齐”。全局视图的影像如下图接下来先刺如四个角点的控制点即可。刺控制点的的步骤如下1、 )在全局视图中找到控制点的大概位置，尽量有的控制点都找到，控制点距离图像太边缘的则不要。2、 )在画布视图微调控制点位置（可用键盘方向键微调）之后点击修改控制点点号，保存控制点位置。4.3.2 调用PATB进行平差解算量测控制点： 在控制点的量测过程中MapMatrix提供了控制点预测的功能，这对于控制点的量测非常方便，控制点的量测步骤为：1. 首先在测区的四角量测四个控制点。（若数据之前有做过处理，则不需要量测控制点。只需在数码空三自动转点中勾选合并原来的已有成果即可）2.调用PATB平差程序进行平差。3平差结束后预测其他控制点的点位。4. 继续量测其他控制点。v 注意：在加点时，一定要点击快捷图标，修改点名为控制点点号。然后点击保存添加结果。量测测区四角上的四个控制点后，在工具栏中单击按钮 ，调用PATB平差程序，刺完控制点之后即可用patb平差，点击 操作 patb平差 如下图在Accuracy设置Images Points 里标准差Set no.0一般设为扫描分辨率的一半（整数），我们的扫描分辨率是0.00375mm，等于3.75*10-3，约等于1，其他不管；控制点里的标准差一搬跟生成的图的精度要求来改，1:2000为0.2,1:3000为0.3.设置好之后点Execute PATB 结果如下图 这样情况首先考虑sigma值不收敛，一般这种情况先考虑前面步骤是否有问题，如果没有，那么图像上应该有大错点，首先在PATB平差里记下提示的100001712这个点，那么在点窗口找到该点，在画布视图下微调该点。如下图调整好该点继续平差，如此反复，直到图上提示的点不出现位置错位，那么就该在该点周围加点。如下图然后打开全局视图，点击拾取按钮找到该点位置，在该点周围加点反复如此操作平差到下图即可图2-19 用户只要单击PATB界面下方的按钮Execute PATB，即可启动平差计算。平差解算结束后，界面如图2-20所示。图2-20单击确定按钮，然后单击PATB界面左下方的按钮Exit，返回连接点编辑的主界面即可完成初步平差。完成初步平差后，单击按钮 ，系统就可以预测控制点，然后返回主界面，此时单击 图标，就会显示如图2-21所示的界面。在界面中可以看到很多蓝色的三角形，它们代表已量测的控制点位，重复自动加点过程，完成剩余控制点的量测工作。点击快捷图标，运行PATB。在PATB界面下，选择Accuracy选项， 如图2-22图2-22界面左边框中数值代表影像坐标的限差，单位为微米。像坐标限差默认为像素大小的一半。界面右边框选的第一个数值代表控制点在大地坐标系中的平面限差，第二个数值代表控制点在大地坐标系中的高程限差。两者的默认大小都是0.6m。设置好限差后，点击Execute PATB，程序会根据指定的限差进行光束法空三解算。由于匹配的点已经够多，所以在PATB进行平差解算后可直接把粗差点删除，不需要进行传统的人工编辑粗差点。粗差点删除完成后，再次进行PATB解算。重复PATB解算和粗差点去除，直到无粗差点被挑出为止。单击快捷图标生成加密点，再单击成果输出系统会在测区目录下自动生成加密点成果.pas文件和.tri文件。得到结果是否稳定，不稳定则继续重复上诉平差步骤4.3.3 导出空三成果输出空三成果：Patb如果已经稳定了，那么下一步就到处空三成果。 导入导出导出为MapMatrix工程。即导出空三成果。（成果后缀为.xml）4.4生成DEM、DOM启动MapMatrix软件，加载MapMatrix空三成果,如图2-23图2-23 检查航带影像各属性参数是否设置正确，并予以调整。如图2-24、图2-25图2-24图2-25 启动MapMatrix工具栏中的匹配生产DEM，如图2-26：图2-26 确认后弹出如下对话框，选择已经建立好的工程文件，并设置相应参数，最后执行即可生成精细的DEM。图2-27 启动MapMatrix加载工程文件，加入刚生成的DEM，检查并编辑DEM。图2-28 全区的DEM图2-29 编辑DEM 将编辑好的DEM保存，新建DOM，新生成的DOM节点上右键选择添加影像，影像添加完成后，在对象属性栏中设置相应的几何参量和正射影像参数。保存设置好的参数，生成DOM。4.5镶嵌成图启用EPT将工程文件中DOM中的.tif和.tfw文件另存到新建的文件夹中。启动EPT，首先对影像进行匀光匀色，菜单影像匀色匀色批处理，弹出如下界面：图2-30影像匀色批处理单击按钮添加需要匀光的影像，选择相应的参考影像。设置输出文件的路径，匀光方法选项建议选择默认方式。注意事项：1.对整体匀光，需要选取参考影像。在选取参考影像的时候不要选择被匀光的影像。参考影像可以从被匀光影像中剪切一小块区域，并将其色调调整为期望的色调（在此可利用Photoshop等常用图像处理软件调整参考片的色调）。参考影像的选取，应包括匀光影像中具有代表性的地物，且尽量不要包含太多的水域。对于单独匀光而言，则不需要参考影像。2.匀光输出路径，应与被匀光影像所在的路径不一致。按钮对匀光参数进行相应的设置，具体如下图2-31 匀光参数图2-31匀光参数1) 亮度、对比度调整输出影像的亮度对比度，这两项值越大，输出影像的亮度、对比度也就越大。一般情况下，此值为默认值即可，对于特殊影像，可以调整此参数。2) 参考影像系数表示参考影像在匀光过程中起到的作用，此值越大，则匀光结果影像的色调越趋向于参考影像。一般情况下，此值为默认值即可，对于特殊影像，可以调整此参数。3) 背景设置中，需要设置影像的背景色。特别是对单片正射影像进行匀光的情况下，由于单片正射影像一般存在黑/白色背景（如图2-32），在此一定要设置影像的背景色，否则，受背景干扰，直接导致匀光失败。 黑色背景（a） 白色背景(b) 图2-32 影像背景色4) 添加绿色信息，可根据影像的情况适当的选取添加绿色让影像看上去更自然。参数设置完毕后单击界面中的按钮，程序就开始根据所指定的参考片，进行整体的匀光运算。4.6导入MapMatrix工程生成DOM镶嵌工程单击文件菜单下的导入MapMatrix测区命令，弹出选择界面，单击选中需要处理的MapMatrix工程，确定后弹出如下界面：图2-33注意：在导入前需要在MapMatrix进行设置，确保工程中所关联的原始影像路径和文件都存在，并要求所涉及的DEM最好为大的包含全部工作区的DEM数据，在DOM节点最好能够直接设置好DOM的输出分辨率，生成的DOM坐标的起算点应该和EPT保持一致，为左下角起算。（目前不支持多个DEM数据同时运算）。在DEM列表窗口中多余的DEM数据可以按住ctrl键和鼠标左键选取，然后右键菜单中选中删除命令。指定相应的成果输出路径，设置GSD参数，如果MapMatrix已经设置好这里是可以直接读取到正确的值的。完毕后单击按钮。程序就会根据DEM的范围将所涉及到的影像全部纠正为单片的正射影像文件。在这里已经由MapMatrix生成好了正射影像文件，我们可以直接选择，程序就会自动切换到创建工程的界面并自动将参数设置好，如果需要改变，可以进行相应的修改。如果所有的正射影像都生成完毕后程序就会自动切换到创建工程的界面，并自动填好所有的参数。效果如下图：图2-34 正射影像工程：分别可以选取相应的MapMatrix工程和相应的DEM文件（通常如果是导入MapMatrix工程，这里程序都已经设置好了，只有在选取新建镶嵌工程的时候才需要手工设置）。羽化宽度：初始镶嵌线并裁图时，沿初始镶嵌线的羽化宽度。背景色：在生成的图幅中，若没有覆盖到任何正射影像时，图幅的填充颜色。重采样方法：生成正射影像时，所用的重采样方法。镶嵌工程路径：与DOM目录在同一目录下，不可更改。工程名默认为DOM目录的上一级目录名，若已经存在，则加上“_1”后缀，若还是存在，则加上“_2”，直到生成一个可用的文件名。自动搜索镶嵌线：在这里可以选取dxf矢量文件（要求为房屋层，方便程序绕开房屋）、或者是dsm和dem的差值影像。由于自动搜索镶嵌线的结果直接与输入的数据相关，故在没有房屋矢量或者DSM和DEM差值影像的情况下，不建议选择使用此功能。完成后单击确定，影像就被加载在工程中，显示效果见下图2-35：图2-35新建工程界面注意：DOM影像最好为原始影像大小范围，不要按照模型范围生成，否则会引起正射影像之间重叠度过小，导致后续编辑镶嵌线时，镶嵌线选取困难。单击工具栏中的按钮，弹出如下界面：图2-36 批量划分图幅根据图幅的实际情况进行相应的参数设置，设置完毕后单击 确认 完成设置。程序就会在视图窗口中将所有的图幅全部绘制出来。注意事项：1) 若导入的图幅与正射影像边界没有相交，则表示该图幅即使裁切出来，也只有背景色填充，故在此建议选中这些图幅后删除。若在此步骤中不删除这些图幅，在后续的裁切图幅的操作中，程序也会提示存在空图幅，确定删除这些空图幅即可。2) 在导入图幅结合表（DXF文件）时，若DXF文件很大，则导入的速度会比较慢。导入成功后，程序中只会显示与当前工程中正射影像最大外扩范围有相交的图幅，其他图幅则不会被导入（因为即使导入了，也是一个空图幅），故在此建议，在导入比较大的图幅结合表之前，将图幅结合表中无用的图幅删除（可在AutoCAD中进行此操作），再进行导入操作，这样可使操作更高效。批量划分图幅时，若划分成功后，显示的图幅是不连续的隔行，隔列出现图幅则表明，在当前比例尺下，以目前的命名规则，有重名的图幅出现，这在工程中是不允许存在的，故只显示了一部分图幅，重名的图幅没有添加成功。在这种情况下，为确保划分图幅的正确，应在划分图幅时更改命名规则，或者更改图幅比例尺。图幅设置操作完毕后程序会在视图窗口中生成相应的图幅范围，并在图幅列表中将所有的图幅显示在列表中，如果无法看到图幅列表，可以单击界面中的按钮来开启列表，效果见下图2-37：图2-37选取图幅有两种方式：a) 在图幅列表中选取：单击界面中的按钮，打开图幅列表直接在图幅列表框中选择，右键弹出设置菜单。b) 在视图窗口中选取：将鼠标状态置为空（即取消镶嵌线编辑、修补、标记线、放大、缩小、漫游等功能），右键弹出菜单选中“选择图幅”，再在视图窗口中用鼠标左键或拉框选取相应的图幅。选中的图幅显示为绿色边框。在视图窗口中单击选中图幅，右键弹出图幅设置菜单图2-38：图2-38 在选中图幅的情况下，右键菜单中，还可以对当前选中的图幅做如下操作：a) 删除图幅：删除当前选中图幅。b) 设置图幅路径：设置选中图幅的路径，缺省输出路径与工程文件所在的路径一致。c) 导出图幅边界：导出当前选中图幅的边界为DXF文件。d) 镶嵌成图：在存在镶嵌线的情况下，以当前镶嵌线，重新生成当前选中的图幅。e) 羽化图幅：在存在镶嵌线及图幅的情况下，以当前工程中的羽化值（查看、设置当前羽化值可点击“工程设置”按钮或使用快捷键Ctrl+P、Ctrl+F），沿当前镶嵌线，对图幅进行羽化。单击工具栏中的按钮，程序就会根据每个图幅进行镶嵌生成图幅。图幅生成完毕后，效果如下图2-39：图2-39注意事项：1、 在默认情况下，裁切的图幅与工程文件处于同一路径下（亦可手动选择图幅后，在右键菜单中设置图幅路径），若在裁切过程中，有如下图提示：图2-5-11 裁切