麻省理工学院教学课件-无人机航空摄影测量

无人机航空摄影测量的认识无人机航空摄影测量基础知识知识点1无人机摄影测量的现状知识点航空摄影测量的基本知识2情景创建某基础测绘单位提出航空摄影测量要求：①航摄总面积为3500m2，测区共设计60条航线，每条航线84张照片；②航片的航向重叠度60%，旁向重叠度35%，东西向飞行；③1∶2000正射影像，航摄比例尺1∶8000，分辨率为0.02m。任务实施现阶段无人机摄影测量能否达到以上要求？该摄影测量工作的航线规划、重叠度、航摄比例尺是怎么得到的？在进行以上工作之前，需要先了解无人机摄影测量的现状，掌握航空摄影测量的基础知识。知识点1：无人机摄影测量的现状无人机摄影测量技术能够克服传统航空摄影受制于长航时、大机动、恶劣气候条件、危险环境等的影响，又能弥补卫星因天气无法获取感兴趣区域信息的空缺，可提供多视角、大范围、宽视野的高分辨率影像信息。无人机摄影测量技术以获取高分辨率数字影像为应用目标，以无人驾驶飞机为飞行平台，以高分辨率数码相机为传感器，通过3S技术（遥感技术、地理信息系统和全球定位系统的统称）在系统中集成应用，最终获取小面积、真彩色、大比例尺、现势性强的航测遥感数据。知识点1：无人机摄影测量的现状1.无人机摄影测量的优势（1）安全性和可靠性不同于直升机等载人的飞机，无人机的起落不需要专门的场地。经过设置后，无人机可以根据预定的路线进行作业，也可以快速地与地面站进行数据交换，保证数据的准确性。（2）成本较低无人机相对于有人飞机较为简单，造价要远低于有人飞机，总的费用较低，性价比较高。（3）机动灵活性无人机相对于有人飞机而言，其体型更加娇小，升空的时间更短，更加机动灵活。（4）高分辨率、多角度的影像无人机搭载的数码成像设备可以是一些新型、高精度的设备，能够从多个方向进行摄影成像，拍摄的角度可以多变，全方位地获取测量数据。知识点1：无人机摄影测量的现状2.无人机摄影测量的不足（1）飞行不够平稳机体轻是无人机的独特优势，但同时由于无人机机体很轻，当飞行高度升高时，容易受高空风力的影响，从而导致无人机飞行不稳定。在测绘领域的应用中，处理一些突发性事件时，工作环境大多是山区及高原地区。无人机飞行会受风向和风速的影响，而无法进行低空拍摄作业，或拍摄的遥感影像无法达到精度要求。如何解决测绘无人机的抗风性能，是目前测绘无人机的关键问题之一。（2）对通信系统的依赖性大由于无人机的飞行依赖于技术人员，技术人员对无人机的操控是利用控制程序实现的，无人机的控制程序对通信系统的依赖程度很高。无人机对GPS和通信系统的依赖使黑客很容易通过编码程序来干扰无人机的正常飞行，引发安全问题。知识点1：无人机摄影测量的现状3.无人机摄影测量的注意事项（1）定期检查相关设备在使用无人机遥感技术进行测绘前，要想提高其测绘质量，工作人员还需定期检查和调适其相关设备：①应确保相关设备符合相关质量标准，且都是经过检定合格的设备，应根据工程测绘的实际需要适当调整设备的使用；②需要对通信设备、地面电台、电源系统和记录系统等相关设备进行定期检查，例如连接航摄平台进行通电检查等，从而确保这些设备和系统具备良好的运行状态。知识点1：无人机摄影测量的现状3.无人机摄影测量的注意事项（2）严格控制飞行和摄影质量为提高无人机拍摄工作的效率与质量，在实际使用中，相关操作人员还应严格控制无人机飞行的平稳性和摄影的质量：①需要严格按照规定的时间进场，并明确相关的起飞和降落方式以及起飞重量等，还应控制好飞行速度，进而获取更加高清的测绘影像；②应设计和控制无人机飞行的高度，掌握拍摄区域实际航高与设计航高之间的高度差，并将其控制在合理范围内；③应控制好无人机的飞行状态，避免GPS定位系统等产生信号混乱现象而影响拍摄的准确性；④在无人机飞行过程中还应控制好其上升和下降的飞行速率；⑤工作人员还应规划并制定出完善的安全保护方案，从而保证无人机在飞行过程中的安全；⑥在进行拍摄时，应确保没有航摄遗漏的现象发生，若有遗漏，则需要进行补摄；⑦在进行遥感测绘工作时，还应检查像片的重叠度、航线弯曲度、倾角、旋角以及影像的质量，例如在检查影像质量时，可目测其清晰度、色彩等效果。知识点1：无人机摄影测量的现状3.无人机摄影测量的注意事项（3）优化像控点测量流程为提高无人机航空摄影测量技术中像控点的有效性，需要不断优化像控点测量的流程：①应根据工程需要明确具体的拍摄区域和范围，并检验航摄区域影像的效果，快速制作快拼图等；②应根据测量区域的地形地势特点等设计像控点布设方案，并确保像控点像片的质量。在进行数据采集和处理时，相关工作人员需要注意不能将原始观测记录进行删除或修改，也不能在无人机数据处理等系统中设定任何能够对数据进行重新加工组合的操作指令，进而保存真实的原始工程测绘数据，以便日后能够进行科学的调整等。知识点2：航空摄影测量的基本知识1.像点位移——影像倾斜引起的像点位移理想情况下，航空摄影时影像完全平行于地面，但是由于气流、飞机颠簸的影响，实际飞行时姿态很难控制到使飞机完全平行于地面。因此，影像与地面之间存在一定的倾斜。同时，相对于有人飞机航空摄影，无人机自重轻，受飞行气流的影响更大，航空影像倾斜的角度也更大。知识点2：航空摄影测量的基本知识1.像点位移——地形起伏引起的像点位移地形起伏引起的像点位移在有人驾驶的航空影像和无人驾驶的航空影像中都存在。像点位移与航高和地物本身的高度有关：航高越低，地形起伏引起的像点位移越大；地物越高，像点位移越大。知识点2：航空摄影测量的基本知识2.摄影比例尺航摄像片上某一线段影像的长度与地面上相应线段长度之比指的是影像上该线段的构像比例尺。对于中心投影的航摄影像，只有当影像水平且地面也水平时，影像上任意线段的比例尺都相等，此时像片比例尺1/m=f/H。其中f为摄影机主距，H

为摄影航高。无人机多用于获取大比例尺地形图，大比例尺下的摄影比例尺和成图比例尺关系如下表。知识点2：航空摄影测量的基本知识3.中心投影和平行投影用一组直线将物体向几何面投射称为投影，投影直线称为投影射线，投影的几何面通常为平面，称为投影平面。在投影平面上得到的图形为该物体在投影平面上的投影。投影分为中心投影和平行投影。其中投影射线汇聚于一点的投影称为中心投影，航空摄影的影像都是以中心投影方式获得的。中心投影知识点2：航空摄影测量的基本知识3.中心投影和平行投影平行投影又分为斜投影和正射投影，投影射线与投影平面斜交的投影称为斜投影，投影射线与投影平面正交的投影称为正射投影。实际测量中，地面与地形图之间的投影关系为正射投影。斜投影正射投影地图是地面的正射投影，无变形，比例尺一致。知识点2：航空摄影测量的基本知识4.航空摄影为了获取地面信息、测绘地形图，空中摄影要按航摄计划去进行，并确保航摄影像数量。在整个航摄区域，飞机要按规定的航高和设计的方向沿航线飞行，并确保各航线之间平行。航摄机在摄影曝光的瞬间，物镜主光轴保持与地面垂直。竖直摄影是指摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于3°。主光轴与影像严格保持垂直，将主光轴与铅垂线的夹角称为影像倾角。竖直摄影知识点2：航空摄影测量的基本知识5.影像重叠度为了立体测图及航线间的接边，要求影像间有一定的重叠，包括航向重叠和旁向重叠。同一条航线内相邻两张影像的重叠称为航向重叠，航向重叠部分与整个像幅长的百分比称为航向重叠度，常用字母P表示。相邻航线间的影像重叠称为旁向重叠，旁向重叠部分与整个像幅宽的百分比称为旁向重叠度，用字母Q表示。旁向重叠度航向重叠度知识点2：航空摄影测量的基本知识6.航带弯曲将一条航线的航摄影像根据地物影像拼接起来，各张影像的主点连线不在一条直线上而呈现弯弯曲曲的折线，称为航带弯曲或航线弯曲。航带弯曲度是指航带两端影像主点之间的直线距离与偏离该直线最远的垂直线垂距比值的倒数，一般用百分比表示。航带弯曲会影响旁向重叠的一致性，若弯曲度太大，可能影响摄测作业，所以一般要求航带弯曲度不得大于3%。旋翼无人机指无人直升机和多旋翼无人机。与固定翼无人机不同，旋翼无人机中旋翼既是升力面，又是操纵面，同时提供前飞动力。虽然多旋翼无人机和无人直升机在结构形式、飞行原理、操纵原理等方面完全不同，但从产生升力的本质上来说，多旋翼无人机和无人直升机有很多相近的地方。多旋翼无人机主要依靠每个旋翼上的螺旋桨叶片在旋转过程中产生升力，无人直升机主要依靠主旋翼上的桨叶在旋转过程中产生升力。旋转叶片是这两类无人机产生升力的重要部件。旋翼空气动力学（a）多旋翼无人机旋翼及螺旋桨旋翼桨叶除了随机体一起作直线或曲线外，还要绕旋翼轴旋转，因此桨叶空气动力现象比机翼复杂很多。无人直升机旋翼既是升力面，又是操纵面，因此比多旋翼螺旋桨运动更加复杂，涵盖了螺旋桨产生空气动力的典型原因。下面主要以无人直升机的翼型和旋翼说明其空气动力的主要特性。旋翼空气动力学（b）无人直升机旋翼及桨叶旋翼翼型定义与固定翼翼型相同，指桨叶在展向某个截面的剖面形状。与固定翼无人机机翼不同的是，旋翼桨叶有其特殊的翼型形状，并且翼型形状和扭转角沿展向位置不同。早期直升机桨叶的翼型为对称翼型，如NACA4位数翼型族。这种翼型在变距过程中，气动中心保持不变，能够在旋转中保持稳定，并且操纵载荷最小。现在主要采用非对称翼型。这种翼型的压力中心随攻角的变化而移动，但可以通过扭转角的修正来产生和对称翼型相似的性能。这种翼型升力特性更好，阻力发散马赫数有明显提高。如ONERA的OA2系列、OA3系列、OA4系列、OA5系列、Boeing-Vertol公司的VR系列、Sikorsky公司的SC系列、DLR的DM-H系列以及俄罗斯的TsAGI系列等。翼型桨叶截面形状-翼型壹对称和非对称翼型对于翼型，其空气动力产生原理与固定翼翼型相同，由伯努利定理可以解释其升力产生原因。升力计算公式也与固定翼翼型相同。即壹但对于旋翼翼型，该公式中有两点与固定翼不同，一是速度V，二是迎角α。速度V不仅包含来流速度，也包含桨叶旋转速度。且桨叶每个剖面旋转引起的线速度均不同。迎角α不是指来流速度与翼型剖面的夹角，而是指合成速度与翼型剖面夹角。并且，由于旋翼既是升力面，又是操纵面，变距操作会引起桨叶剖面角度的改变，同时影响每个时刻迎角大小。翼型对这两点解释如下：假设无人直升机作垂直运动，翼型速度由两部分组成。一是向上的垂直运动的空气流动，在给定的飞行条件下该气流保持不变。另一个是桨叶旋转引起的周向气流流动，它的大小为ωR，每个展向位置速度均不同，方向与桨叶旋转运动方向相反。如图所示。旋翼在前飞运动中气流流速也为飞行速度与旋转速度的合成，大小和方向时刻发生改变。悬停中气流速度为旋转速度，大小不变，方向时刻发生变化。旋翼旋转合成速度示意壹翼型旋翼同时具有固定翼无人机的升力作用、动力作用和操纵作用。其主要作用如下：（1）升力作用：通过翼型产生升力，旋翼产生向上的升力用来克服直升机的重力，维持空中飞行。（2）动力作用：通过挥舞运动，改变桨尖平面方向，旋翼产生向前的水平分力克服空气阻力使直升机前进。（3）操纵作用：通过变距操作，旋翼产生其他分力及力矩对直升机进行控制和机动飞行。旋翼桨叶空气动力特性分为三个方面，一是升力方面，最大升力系数要高，这样能延迟在后行工作区产生的失速。二是阻力方面，延缓前行桨叶的失速，可以降低气动阻力。第三个是力矩方面，为了降低交变载荷，气动力矩系数要小。旋翼贰增相比较固定翼，旋翼桨叶空气流动现象有如下特点：（一）速度、迎角、空气动力沿翼根到翼尖变化桨叶旋转会导致在不同的位置获得不同的相对来流速度，这样会最终导致在靠近桨尖部载荷最大，为了使桨叶在展向受力尽量保持均匀，桨叶在制造的时候通常沿展向会有一个不同的初始攻角。一般在靠近根部的区域桨叶的截面攻角会大一些，在靠近尖部的区域截面攻角较小。贰攻角沿桨叶展向分布规律旋翼桨叶做旋转运动，桨叶上的速度为：V=Ωr其中，Ω为桨叶旋转速度，r为桨叶的展向位置。通过此式可以得出，在悬停状态下，越靠近桨尖，速度越大。贰旋翼相对风速在桨叶展向位置上的分布由于桨叶上的速度随展向位置增大，通常来说气动力应该随速度的增加而增大，但翼尖速度可能达到亚音速，跨音速，甚至超音速，这样会导致桨尖产生失速，导致桨尖升力损失，桨尖阻力增加。由于桨尖损失，一般在桨尖处升力减少。如下图所示。贰旋翼桨叶在前飞时，旋翼桨叶的主要工作区包括前行桨叶工作区、后行桨叶工作区以及悬停状态，由于合成速度的影响，前行桨叶工作区域的马赫数大。而后行桨叶工作区域的马赫数小。在悬停状态，桨叶旋转一周，桨叶上的气动力分布基本保持不变，在翼根处，由于初始攻角加上变距角的存在，可能使翼型在靠近翼根处攻角较大，使翼根区域处于失速状态。当旋翼前飞状态时，由于前飞速度的存在，导致桨盘在旋转过程中整个桨盘气动力不再对称。我们将桨盘分为两个区域，桨叶前进区域和桨叶后退区域。在桨叶前进区域由于旋转速度和前进速度的叠加，导致桨叶相对来流速度增加，将增大前进区域桨叶上的气动力。在后退区域中由于桨叶后退速度和前飞速度相减，导致桨叶上的相对来流速度减小。尤其在后退区域的桨根处，由于前飞速度要大于根部速度，将导致在根部出现反流区。贰旋翼悬停时桨叶气动区域分布前飞时刻桨叶气流区域分布（二）桨根的反流区由于在后退区域，桨叶旋转速度和前飞速度相减，会导致后退区域的升力损失，会造成桨盘升力的不对称，此时为了保持升力对称，弥补升力损失，需要给桨叶一个较大的变距操纵，此时翼尖速度较大且处于较大攻角之下，则会出现翼尖失速情况。当直升机悬停靠近地面时，将会产生明显的地效效应。地效效应会使直升机诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的流体力学效应:当运动的直升机距地面(或水面)很近时，整个桨盘的上下压力差增大，升力会陡然增加。贰旋翼地面效应（三）桨尖失速、桨尖涡和地面效应1、展弦比对机翼升力的影响有哪些？2、在展弦比一定的情况下，怎样对翼稍进行处理从而减小诱导阻力？3、旋翼同时具有固定翼无人机的升力作用、动力作用和操纵作用。其主要作用有哪些？4、相比较固定翼，旋翼桨叶空气流动现象有哪些特点？课后练习知识点2：航空摄影测量的基本知识7.影像旋偏角两张相邻影像主点连线与同方向框标连线间的夹角称为影像旋偏角，它是由于摄影时航摄机定向不准确而产生的，一般用κ表示。旋偏角会影响影像的重叠度，减少立体像对的有效范围，给航测内业作业增加困难。所以，对于低空摄影，要求影像旋偏角一般不大于15°，在确保影像航向和旁向重叠度满足要求的前提下，个别最大旋偏角不超过30°。在同一条航线上旋偏角超过20°的影像不应超过3片，超过15°的影像数不得超过分区影像总数的10%。此外，影像倾角和影像旋偏角不能同时达到最大值。知识点2：航空摄影测量的基本知识8.航线间隔与摄影基线航线间隔是指相邻两条航线之间的间距S；摄站点是指摄影曝光时刻摄影机物镜所在的空间位置。航线方向相邻两摄站点间的空间距离称为摄影基线，通常用B表示。航线间隔摄影基线

激光焊的特点及应用

激光焊的特点优点1.聚焦后的激光束功率密度可达105－107W／cm2，甚至更高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，易于实现深熔焊和高速焊，特别适于精密焊接和微细焊接。2.可获得深宽比大的焊缝，激光焊的深宽比目前已超过12:1，焊接厚件时可不开坡口一次成型。

激光焊的特点及应用

激光焊的特点缺点1.激光器及焊接系统各配件价格昂贵，初期投资成本高。2.激光焊接的聚焦光斑较小，因此对工件接头的装配精度要求较高。3.固体材料对激光的吸收率低，能量转化率较低，不足10%。4.焊接过程中可能产生等离子体，影响焊接质量。

激光焊的特点及应用

激光焊的应用

随着工业激光器的发展和科研人员对焊接工艺的深入研究,激光焊接技术已在许多领域得到应用。但由于激光焊接设备的成本及维修费用较高,目前能够广泛使用激光焊接的,多为大批量生产或大规模零件焊接的行业,例如汽车工业、造船业等,或者一些投资较大的特殊领域,如航空航天业、核能工业等。

激光焊的特点及应用

激光焊的应用

汽车工业中的应用激光拼焊技术车身激光焊接零部件焊接激光拼焊原理图激光拼焊在车身中的应用

激光焊的特点及应用

激光焊的应用从20世纪80年代开始，激光焊接技术进入汽车制造领域，传统的电阻点焊已经逐渐被激光焊所替代。采用激光焊技术，既提高了工件表面的美观性，又降低了板材使用量，由于零件焊接部位没有变形，不需要焊后热处理，还提高了车身的刚度。据悉,采用激光拼焊板技术,能够将原来20多套成型模具减少到4～8套,材料利用率由40%提高到65%,并且加工效率高,废品率低。目前，一汽大众公司在宝来、速腾、迈腾等绝大多数品牌汽车制造过程中，均不同程度地采用了激光焊接技术。汽车工业中的应用

激光焊的特点及应用

激光焊的应用汽车工业中的应用激光焊接车用齿轮激光焊接在汽车制造中的应用始于变速器的齿轮焊接，由于采用了激光焊接，焊接后的齿轮几乎没有焊接变形，不需要焊后热处理，而且焊接速度大大提高，因此很快得到了应用。国外在汽车零部件生产中激光焊接已得到了非常广泛的应用，包括排气管、消声器、变速箱齿轮、离合器齿轮、汽车空调皮带轮、减振器储油缸筒体。

激光焊的特点及应用

激光焊的应用汽车激光焊点示意图

激光焊的特点及应用

激光焊的应用

造船业中的应用20X20m甲板构件生产流程示意图船厂的激光平板拼接焊

激光焊的特点及应用

激光焊的应用

造船业中的应用船舶焊接技术是现代造船模式中的关键技术之一。在船体建造中，焊接工时占船体建造工时的40%－50%，焊接成本占船体建造成本的30%－40%。因此，船舶焊接技术水平和生产率直接影响船舶建造周期、生产成本、产品质量。

高质量的激光单面焊使的大型平板工件的焊接加工无需翻身。制造的平板光滑、平整、热变形小，省略了整平修复工作，使后续的型材焊接更容易进行。采用加填充金属激光焊法焊接大厚度板件，接头性能优于常规的电弧焊，同时降低了产品的制造成本，提高了构件安全运行的可靠性，延长了舰船的使用寿命。

激光焊的特点及应用

激光焊的应用

其他行业的应用1.在电站建设及石油化工行业中，有大量的管—管、管—板接头，用激光焊可得到高质量的单面焊双面成形焊缝。2.在航空航天中，以激光焊接代替传统铆接技术；采用激光焊接焊接航空发动机主要构件(叶片、燃烧室等)；激光焊接用于航空发动机零部件的修理。3.激光焊还应用于电动机定子铁心的焊接，薄板或薄钢带的焊接。

激光焊的特点及应用

激光焊的应用

激光焊的部分应用实例应用行业应用实例航空航天发动机壳体、机翼隔架、膜盒等电子仪表集成电路内引线、显像管电子枪、调速管、仪表游丝等机械制造精密弹簧、针式打印机零件、金属薄壁波纹管、热电偶、电液伺服阀等钢铁冶金焊接厚度0.2～8mm、宽度0.5～1.8m的硅钢片，非合金钢和不锈钢汽车制造汽车车身框架、传动装置、齿轮、点火器等医疗器械心脏起搏器以及心脏起搏器所用的锂电池等食品加工食品罐（用激光焊代替传统的锡焊或接触高频焊，具有无毒、焊接速度快、节省材料以及接头美观、性能优良等特点）等其他领域燃气轮器、换热器、干电池锌筒外壳、核反应堆零件等分类的概念给定:一个实例的描述,x

X,X是实例空间一个固定的文本分类体系:C={c1,c2,…cn}由于类别是事先定义好的，因此分类是有指导的（或者说是有监督的）确定:实例x的类别c(x)C,c(x)是一个分类函数，定义域是X

，值域是C分类的定义定义：给定分类体系，将文本分到某个或者某几个类别中。分类模式：两类问题(binary)一篇文本属于或不属于某一类；多类问题(multi-class)，一篇文本属于多个类别中的其中一个类别，多类问题可拆分成两类问题；一个文本可以属于多类(multi-label)。很多分类体系:Reuters分类体系、中图分类应用垃圾邮件的判定(spamornotspam)类别{spam,not-spam}新闻出版按照栏目分类类别{政治,体育,军事,…}词性标注类别{名词,动词,形容词,…}词义排歧类别{词义1,词义2,…}MultimediaGUIGarb.Coll.SemanticsMLPlanningplanningtemporalreasoningplanlanguage...programmingsemanticslanguageproof...learningintelligencealgorithmreinforcementnetwork...garbagecollectionmemoryoptimizationregion...“planninglanguageproofintelligence”训练数据测试数据类别(AI)文本分类示例(Programming)(HCI)......特征抽取(featureextraction)预处理去掉html一些tag标记对训练集合全部文档进行分词