固定翼轻型无人机航摄系统建设与应用介绍--桂木政

,固定翼轻型无人机航摄系统,二O一一年十一月,建设与应用情况介绍,四川省遥感信息测绘院,2010年4月，国家测绘地理信息局在全国范围内推广应用国产固定翼轻型无人机航摄系统(ZC-1)，四川测绘地理信息局作为首批16个省级测绘单位之一进行了系统的配备。,四川测绘地理信息局将“固定翼轻型无人机航摄系统ZC-1”沉淀于四川省遥感信息测绘院。,系统配置以来，我院积极开展队伍建设、制度建设、无人机试验、人员培训、装备建设等工作，并很快形成生产力。该系统已为应急抢险、灾后重建、新农村建设、数字城市建设、地理国情监测以及工程建设等诸多领域发挥了重要作用，提供了及时的测绘保障服务。,人员组成：,成立了无人机分队，分队成员5人,成立了无人机影像数据处理小组,（包括2名操控手、1名地面控制人员、1名机务人员，1名保障人员）,配置设备装备：,佳能5DmarkII定焦数码相机3台(24mm、35mm、50mm),地面运输与保障系统：汽车、大功率电池、手持GPS、对讲机,安全保障装备：警示衣、警示筒、警示绳、遮阳伞、野外用便携式桌椅,数据后处理设备：便携式计算机2台及软件,教练机3架,制定规章制度：,无人机组岗位职责,无人机安全生产规定,无人机维修保养手册,无人机航摄成果质量检验与整理技术规定,组织系列培训：,参加国家测绘地理信息局和中测新图联合举办的第一届“无人机航摄技术培训”4人,参加国家测绘地理信息局举办的“无人机低空航空摄影测量国家标准学习”培训班3人,选派2名操控手在成都进行专业培训,开展技术试验：,低空无人机航摄影像测绘地形图是新型的测绘技术和测绘工艺，为了能尽快形成生产力，我院积极开展相关课题研究和技术试验，分别在三个试验区进行了低空无人机航摄影像测绘1：1000、1：2000地形图的试验。,四川省都江堰市玉堂镇、绵阳市近郊1:1000试验,四川省德阳市黄许镇1:2000试验,开展了“固定翼轻型无人飞机航摄系统生产技术体系研究”课题研究,开展技术试验：,试验区一：四川省都江堰市玉堂镇（丘陵）,摄影时间：2010年6月，焦距：35CM，地面分辨率：9CM区域网平差试验：分别选取了1条、2条、3条、4条、6条基线跨度布设野外像片控制点对同一区域网进行空中三角测量平差解算，利用相同的野外检查点进行检测。检测结果：基于区域网布设方案6条基线跨度布设的平高点参与定向进行空中三角测量平差解算，其平面和高程精度均可达到数字航空摄影测量空中三角测量规范对1：1000丘陵地的精度要求。,开展技术试验：,试验区二：四川省绵阳市近郊石马镇（丘陵）,摄影时间：2011年1月，焦距：35CM，地面分辨率：10CM区域网平差试验：按6条基线跨度布设了113个野外像片控制点作为定向点进行空中三角测量平差解算，利用135个野外检查点对平差结果进行检测，其平面、高程精度均满足数字航空摄影测量空中三角测量规范对1：1000丘陵地的精度要求。,开展技术试验：,地形图精度检测：将外业实测高程点导入立体模型检测立体模型高程精度。检测结果如下（单位：米）：单位：米,试验区二：四川省绵阳市近郊石马镇（丘陵）,开展技术试验：,试验区三：四川省德阳市黄许镇,摄影时间：2010年7月，焦距：24CM，地面分辨率：21CM地形类别为平地、丘陵地。区域网平差试验：分别选取了2条、4条、6条、8条、12条、18条、24基线跨度布设野外像片控制点对同一区域网进行空中三角测量平差解算，利用相同的野外检查点进行检测。,开展技术试验：,区域网平差检测结果：单位：米,试验区三：四川省德阳市黄许镇,开展技术试验：,地形图精度检测（平面）：单位：米,试验区三：四川省德阳市黄许镇,开展技术试验：,地形图精度检测（高程）：,试验区三：四川省德阳市黄许镇,开展技术试验：,试验结论：利用“固定翼轻型无人飞机航摄系统”，基于区域网布设方案6条基线跨度布设一对野外平高像片控制点的方法，可进行：丘陵地区1:1000地形图测制。平地、丘陵地区1:2000地形图测制。,无人飞机航摄系统配备以来，完成了1500多平方公里航空摄影，制作了1:1000、1:2000数字正射影像图（DOM）、数字线划图（DLG）、数字高程模型（DEM）及三维景观模型等系列成果，这些成果在应急抢险、灾后重建、新农村建设、数字城市建设、地理国情监测以及工程建设等诸多领域发挥了重要作用。,2010年8月13日，四川省多处地区因强降雨引发了泥石流、崩塌等地质灾害，我院立即启动应急测绘保障预案，派遣无人机分队赶赴受灾地点，对清平、映秀、虹口、龙池等地受灾区域进行航空摄影，及时获取了灾区60多平方公里的最新影像，并制作影像专题图，提供“8.13”抢险救灾指挥部及各级政府决策使用。,（一）服务于应急抢险测绘保障,文家沟,清平乡,（二）服务于灾后重建测绘保障,以无人机航摄系统获取的0.05米、0.2米高分辨率航空影像，在新、老北川县城三维景观模型建设中得到了很好的应用，为整个灾后恢复重建工程提供了有力的测绘保障。,5.12地震后，老北川县城房屋倒塌80%以上，变成一片废墟。老北川县城基本不具备恢复重建的条件，在县城旧址建立“北川地震博物馆”。随着时间的推移，老北川县城地震遗迹不断发生变化，为了更好保存震后现状，为地震研究、地震博物馆展览和地震预防宣传提供翔实史料。我院利用无人机获取的老北川县城高分辨率影像为基础数据源，采用三维建模技术，实现了对老北川县城三维模拟仿真表现。,1、老北川县城三维景观模型建设,数字正射影像(DOM),数字高程模型(DEM),数字地面模型(DOM+DEM),老北川震后三维模型,2011年4月，在北川新县城进行了0.05米地面分辨率、30平方公里的无人机航空影像，制作完成了1:500DOM、DEM数据，该数据已很好地用于新北川三维模型建设，同时还建立了新北川数字城市公共服务平台，为政府规划决策、城市管理、公安、消防、环保、卫生、交通等提供服务。,2、新北川县城三维景观模型建设,数字正射影像(DOM),数字高程模型(DEM),数字地面模型(DOM+DEM),国家测绘地理信息局以及新华网网站上公布了新老北川三维景观模型视频，通过视频，公众通过网络直观地了解了5.12汶川地震对老北川县城造成的巨大破坏，同时看到了全国人民支援灾区，重建新北川的巨大成果。,我院先后利用无人机航摄系统在德阳市黄许镇、蒲江县成佳镇进行航空摄影，获取了110多平方公里0.2米得航空影像，以获取的影像为数据源，制作完成了1:2000DOM、DLG成果，为德阳市黄许镇和浦江县成佳镇灾后重建新农村建设整体规划提供了可靠的测绘保障。,（三）服务于新农村建设,德阳市黄许镇,蒲江县成佳镇,我院利用无人机航摄系统在北川老县城至唐家山堰塞湖区域、汶川县水磨镇和北川新县城进行进行了航空摄影，为唐家山堰塞湖地质灾害治理监测，为水磨镇、新北川城市变迁监测提供最新的影像数据源。,（四）服务于地理国情监测,2011年6月，在北川老县城至唐家山堰塞湖区域进行了无人机航空影像，利用获取的最新影像制作完成了DOM、DEM成果，计算出滑坡土石方量，并与震后2008年5月15日获取的唐家山堰塞湖航空影像进行了滑坡面积、滑坡量、堰塞体形态、堰塞湖容量以及周边滑坡的对比分析，形成了相关成果数据，为专业部门提供服务。,1、唐家山堰塞湖地质灾害治理监测,2008年5月15日,2011年6月,2010年12月和2011年4月，分别在汶川县水磨镇、北川新县城开展了无人机航空影像，并利用该影像制作完成了DOM成果，将5.12汶川地震前、地震后及重建后三个时段水磨镇、新北川县城正射影像进行城市变迁等相关信息的对比分析，形成了相关成果数据，为政府建设规划部门提供服务。,2、水磨镇、新北川城市变迁监测,水磨镇重建后影像图,2007年7月,2008年6月,2011年6月,新北川重建后影像图,2005年,2008年,2011年,无人机航摄系统为绵阳市石马镇货运火车站规划选址（23平方公里）、江苏金坛地下储气库规划（35平方公里）、梁平至忠县高速公路建设（正线与比较线共150余公里）等工程项目进行航空摄影，并制作了DOM、DLG成果，为工程建设提供及时的测绘保障服务。,（五）服务于国民经济工程建设,绵阳市石马镇线划图（DLG）,江苏金坛影像图和线划图,梁平至忠县高速公路规划用图,十分必要意义重大,无人机航摄系统配备以来，我院成功应用服务于以上各个领域，取得了很好的成绩，给我们的最大体会是无人机航摄系统的建设十分必要、意义重大。主要体现在以下几个方面：,体会,1、是现有航空航天影像获取体系强有力的补充,我国目前一些地区受天气多云多雾的影响，以现有的航空航天影像获取体系难以获取影像，制约了该地区国民经济发展对测绘的需求。无人飞机具有机动、灵活、云下摄影的优势，可以在局部区域提供高效的测绘保障。,2、是应对突发事件测绘保障的重要手段,突发事件具有偶然性、不可预测性，一旦发生，各级政府部门需第一时间做出响应，对事件发生的地理位置、受灾范围和灾情状况有迫切需求，无人机航摄系统以其自身快速、灵活、机动的特性，能提供及时的测绘应急保障服务。,3、是重点区域监测地理国情的基本工具,地理国情监测领域广泛，但关注较多的是国家及与人们生活息息相关的重点区域，这些区域监测需要高频率、高清晰度的影像为基础，无人机航摄系统以其获取便捷、影像分辨率高的特性，可提供有力支撑和保障。,4、是地理信息快速更新的重要途径,地理信息的现势性是公共服务平台的生命力所在,利用无人机对重点地区、重要要素的快速更新,具有不可比拟的优势。,建议,1、进一步完善无人机系统的性能,提高现有无人机航摄系统操控性,增强滑跑与弹射、伞降与滑降功能提高地面控制与飞机数据高速传输的稳定性增加飞行控制的覆盖范围,提升数据后处理能力,优化非量测相机的镜头改正模型、影像的匹配算法、影像的提取算法、数据生产与管理模式，提高空三加密、正射影像、影像镶嵌、地物要素的自动化处理能力和精度。,高度集成无人机航摄系统,建立无人飞机、地面控