無(wú)人飛機(jī)影像大比例尺成圖方案研究科研項(xiàng)目立項(xiàng)申請(qǐng)書

1、甘肅煤田地質(zhì)局科研項(xiàng)目立項(xiàng)申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱：固定翼無(wú)人飛機(jī)影像大比例尺成圖方案研究項(xiàng)目承擔(dān)單位：甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)申報(bào)日期：二o三年元月三十一日、立項(xiàng)依據(jù)近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，地表形態(tài)發(fā)生著快速的變化，很 多行業(yè)迫切需要實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的快速獲取與實(shí)時(shí)更新。航空攝影是快 速獲取地理信息的重要技術(shù)手段，在空間信息的獲取與史新中起著不可替 代的作用。隨著無(wú)人機(jī)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的數(shù)字 航攝技術(shù)已顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：首先是低廉的人力物力經(jīng)濟(jì)成本；其次 具備及時(shí)性和靈活性；第三是高效的應(yīng)急反應(yīng)，可以在較為惡劣的氣象條 件下和災(zāi)難環(huán)境屮完成任務(wù)；再者，無(wú)人機(jī)可以在云

2、層下低空飛行（基于 比例尺不同，飛行高度大致在350米-1800米左右），相對(duì)于載人飛機(jī)航飛 因云層遮擋等影響幾乎不存在，可以根據(jù)氣象條件來(lái)調(diào)整作業(yè)時(shí)間已確保 獲得的高質(zhì)量影像。此類服務(wù)已被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃建設(shè)、資源調(diào)查， 礦山林業(yè)資源開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)、大比例尺影像獲取、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、新農(nóng)村建設(shè)、 數(shù)字城市建設(shè)等方面。2010年8刀10舟曲特大泥石流災(zāi)害發(fā)生后，在蘭州軍區(qū)空管部門的支持下，甘肅省測(cè)繪局組織在舟曲的無(wú)人飛機(jī)航攝 系統(tǒng)起飛對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行了航空攝影，成功獲取到災(zāi)區(qū)10平方千米、0.15米 分辨率的災(zāi)后航空影像。有關(guān)部門以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行科學(xué)決策，確定優(yōu)先 救治的區(qū)域；也能夠了解災(zāi)區(qū)的道路、地形等

3、信息，確定如何安排救援路 線，布置災(zāi)民臨時(shí)安置點(diǎn)等等。對(duì)輔助災(zāi)情評(píng)估，做出科學(xué)決策，對(duì)災(zāi)后 重建規(guī)劃和建設(shè)都發(fā)揮了重要作用。隨著我局地勘數(shù)字化戰(zhàn)略進(jìn)程的不斷 加快，無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感系統(tǒng)將會(huì)在我局?jǐn)?shù)字化進(jìn)程建設(shè)中發(fā)揮更大的保障 作用。實(shí)現(xiàn)按需要組織飛行的目標(biāo)，是我們最緊迫的任務(wù)。開(kāi)展對(duì)無(wú)人飛行 器或有人輕型飛機(jī)航空攝影系統(tǒng)成圖精度的研究，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效 初步途徑。飛行自動(dòng)控制、數(shù)字傳感器小型化等關(guān)鍵技術(shù)的突破以及國(guó)家 低空空域有序開(kāi)放的政策調(diào)整指引，為低空無(wú)人駕駛的航空攝影系統(tǒng)成圖 精度的研究帶來(lái)了新的契機(jī)。低空無(wú)人航空攝影系統(tǒng)的研究而臨著測(cè)量精 和性價(jià)比兩大難題。為此，從影像立體測(cè)圖的要求

4、出發(fā)，利用雙翼無(wú)人機(jī) 低速飛行的性能及其具有較好性價(jià)比的雙翼低空無(wú)人機(jī)攝影系統(tǒng)，獲得厘 米級(jí)分辨率的數(shù)字航空影像，滿足1 : 1000和1 : 500地形圖測(cè)繪要求， 是我們的期望。國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀是無(wú)人航空攝影與影像測(cè)量技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在于解決 小區(qū)域、大比例尺的成圖問(wèn)題，尤其是在小區(qū)域1 : 1000, 1 : 500航空 攝影測(cè)量的任務(wù)中，傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)無(wú)能為力，是因?yàn)榇嬖谶\(yùn)行 成本高、影像分辨率低和成圖精度差等方面的問(wèn)題。目前小區(qū)域大比例尺 成圖的技術(shù)狀態(tài)，依然是作業(yè)員“跑到哪，測(cè)到哪”。小區(qū)域大比例尺地 形圖測(cè)繪是一個(gè)最容易發(fā)揮無(wú)人機(jī)航空攝影獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用領(lǐng)域，而且需 求巨大。近

5、幾年固定翼無(wú)人飛機(jī)航空攝影系統(tǒng)的研究成果備受囑冃并已大 量投入市場(chǎng)。因此，應(yīng)加快保障測(cè)繪應(yīng)急服務(wù)能力，完善技術(shù)體系，創(chuàng)新服務(wù)模式; 充分利用現(xiàn)存的測(cè)繪成果資料的技術(shù)手段，快速獲取基礎(chǔ)地理信息，加快 開(kāi)展區(qū)域大比例尺地形圖的繪制；建設(shè)區(qū)域基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)，通過(guò)簡(jiǎn)單 有效的方式開(kāi)發(fā)獨(dú)具特色的固定翼無(wú)人機(jī)航攝服務(wù)系統(tǒng)，使測(cè)繪保障能力 和服務(wù)水平全面提升，為地勘業(yè)發(fā)展提供可靠、適用、及時(shí)的測(cè)繪保障。 并且這類項(xiàng)冃的實(shí)施，也同時(shí)為測(cè)繪工作提出了廣闊的發(fā)展空間，拓寬了 測(cè)繪服務(wù)的渠道，拓展了測(cè)繪應(yīng)用領(lǐng)域，為推動(dòng)測(cè)繪事業(yè)發(fā)展提供了重要 的機(jī)遇。多年來(lái)全國(guó)測(cè)繪系統(tǒng)主要測(cè)制國(guó)家基木比例尺地圖，目前1 ： 100

6、 萬(wàn)、1 ： 50萬(wàn)、1 ： 10萬(wàn)地形圖已覆蓋全國(guó)陸地國(guó)土面積，1 ： 5萬(wàn)地形圖 覆蓋全國(guó)陸地面積的80. 2%, 1 : 1萬(wàn)地形圖覆蓋陸地國(guó)土面積的44%o 1 :2000及更大比例尺地形圖只覆蓋部分城鎮(zhèn)，而農(nóng)村地區(qū)卻很少覆蓋。特 別在甘肅省，大多地形復(fù)雜、控制點(diǎn)稀少、數(shù)字影像覆蓋范圍小，基礎(chǔ)測(cè) 繪資料相當(dāng)薄弱，這種狀況嚴(yán)重制約了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的測(cè)繪保障服務(wù)和其 它測(cè)繪項(xiàng)冃實(shí)施。隨著測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙感、航空遙感成為了 現(xiàn)階段收集基礎(chǔ)測(cè)繪資料的故大規(guī)模、最現(xiàn)代化的技術(shù)手段。衛(wèi)星遙感系 統(tǒng)、普通航空遙感系統(tǒng)和輕小型航空遙感系統(tǒng)都是遙感領(lǐng)域的重要組成部 分。但是，衛(wèi)星遙感和普通航空遙

7、感難以滿足1 ： 1000、1 : 500測(cè)圖精度;普通航空遙感靈活機(jī)動(dòng)性差、效率較低；依靠地面實(shí)地1 ： 1000、1 ： 500 測(cè)圖效率低、周期長(zhǎng)、成本高。而高精度輕小型航空遙感具有精度高、成 木低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為了獲取高精度小面積遙感數(shù)據(jù)的最有效手段。 目前在衛(wèi)星遙感、大型航空遙感獲得國(guó)家大量投入并蓬勃發(fā)展的情況下， 迫切需要建設(shè)高精度輕小型航空遙感系統(tǒng)，這對(duì)于發(fā)揮測(cè)繪保障工作的作 用具有十分重大的意義。二、研究方案1、目標(biāo)目前，全省開(kāi)展農(nóng)村地籍調(diào)查，急需大比例尺航空影像作為底圖。由 于村級(jí)行政單位分布廣、每個(gè)村的成圖面積小，釆用衛(wèi)片制作正射影像分 辨率難以達(dá)到要求，采用傳統(tǒng)航空攝

8、影方法成本又過(guò)高，采用地面測(cè)量的 方式周期又過(guò)長(zhǎng)。對(duì)此，采用測(cè)量型無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)進(jìn)行大比例尺航空攝 影，獲取村級(jí)行政單位的0.05米分辨率影像，其突出的作業(yè)能力和良好的 轉(zhuǎn)場(chǎng)能力特別適合小區(qū)域大比例尺航空影像的獲取。農(nóng)村地籍調(diào)查采用無(wú) 人機(jī)航攝成果制作底圖的生產(chǎn)試驗(yàn)若取得成功，可解決以往只能依靠傳統(tǒng) 航空攝影成果和人工進(jìn)行實(shí)地調(diào)查的難題，大大節(jié)約人力和資金成本，縮 短調(diào)查周期。目前開(kāi)展的武都區(qū)、卓尼縣農(nóng)村集體土確權(quán)登記發(fā)證工作任務(wù)重，地 形地質(zhì)環(huán)境差，交通較為不便。1 ： 1000地籍圖的獲取是此類項(xiàng)目的主要 工作，如何快速地得到農(nóng)村1 : 1000地籍圖成為能否完成該項(xiàng)目的瓶頸， 傳統(tǒng)的人工

9、測(cè)圖模式顯然不能滿足需要。利用成熟的無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)，對(duì) 偏遠(yuǎn)山區(qū)的村鎮(zhèn)實(shí)施低空攝影，獲取現(xiàn)勢(shì)性最好的彩色數(shù)碼影像，應(yīng)用武 漢適普無(wú)人機(jī)航測(cè)軟件進(jìn)行空三加密，從而得到數(shù)字線劃圖和正射影像 圖，外業(yè)再配合以gps實(shí)地測(cè)量，控制成圖精度，最終獲取符合要求的1 :1000地籍圖。2、擬采取的方法、技術(shù)路線及可行性分析無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)是以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)，利用高分辨率相機(jī)系統(tǒng)獲取 遙感影像，利用空中和地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的自動(dòng)扌h攝和獲取，同時(shí)實(shí) 現(xiàn)航跡規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)壓縮和自動(dòng)傳輸、影像預(yù)處理等功能，足具 有高智能化程度、穩(wěn)定可靠、作業(yè)能力強(qiáng)的低空遙感系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含： 機(jī)載飛控、地面站、通訊設(shè)備。

10、作為無(wú)人機(jī)的飛行控制核心設(shè)備，其主要 任務(wù)是利用gps等導(dǎo)航定位信號(hào)，通過(guò)測(cè)定無(wú)人機(jī)在飛行中的俯仰、橫滾、 偏航、位置、速度、高度、空速等信息，以及接收處理地面發(fā)射的測(cè)控信 息，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)字化控制，控制無(wú)人機(jī)按照預(yù)定的航跡飛行，使其具 有口主智能超視距飛行的能力。地面站系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)軟件在無(wú)人機(jī)飛 行前進(jìn)行任務(wù)航線規(guī)劃，在飛行過(guò)程中顯示飛行區(qū)域的航跡、電子地圖以 及飛行參數(shù)和飛機(jī)的姿態(tài)等參數(shù)。飛行過(guò)程中，所有飛行參數(shù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù) 實(shí)吋下傳。操作者則在地面計(jì)算機(jī)上監(jiān)視飛行狀態(tài)，并根據(jù)航跡規(guī)劃和路 徑調(diào)整來(lái)控制各種任務(wù)的執(zhí)行。航拍攝像系統(tǒng)為多種小型遙感傳感器提供 了搭載平臺(tái)，便于拓展監(jiān)測(cè)功能，

11、以滿足多種快速監(jiān)測(cè)所需，可以根據(jù)需 要更換搭載設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)一般搭載canoneos5dmar相機(jī)，相機(jī)分辨率21 00萬(wàn)pixel,影像幅面5616x3744pixel,像 元大小6. 41/zmo影像處理軟件采用武漢適普virtuozo航測(cè)數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)軟件處理無(wú)人機(jī)影像，或使用其它遙感影像處理軟件進(jìn)行后期處理，生 成相應(yīng)的數(shù)字正射影像及所需產(chǎn)品。由于數(shù)碼相機(jī)不是攝影測(cè)量的專業(yè)相 機(jī)，因此拍攝到的數(shù)字圖像存在光學(xué)畸變誤差，像點(diǎn)坐標(biāo)需要進(jìn)行畸變差 改止。主要作業(yè)流程為：1）測(cè)區(qū)地形及測(cè)區(qū)氣象條件分析；2）選擇飛機(jī)及 相機(jī)；3）影像質(zhì)檢；4）內(nèi)業(yè)處理（建立工程、口動(dòng)匹配、空三解算

12、、無(wú) 縫測(cè)圖）；5）外業(yè)調(diào)繪；6）內(nèi)業(yè)編輯；7）質(zhì)檢。分析測(cè)區(qū)地形，查清測(cè)區(qū)內(nèi)的山系、水系、城區(qū)分布、高程建筑、軍 事設(shè)施等情況；查清測(cè)區(qū)的形狀、大小，無(wú)人機(jī)起降場(chǎng)地；為航拍飛行規(guī) 劃作準(zhǔn)備，根據(jù)地形和氣象情況選擇相應(yīng)的機(jī)型，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1） 最大航高；2）抗風(fēng)級(jí)別；3）最大航程；4）通訊距離；5）壓航線的能力； 6）飛行姿態(tài)控制能力；7）起降系統(tǒng)選擇；8）無(wú)人機(jī)減震系統(tǒng)。航片質(zhì)量的快速檢測(cè)，包括：云、霧、霾；姿態(tài)、重疊度；拍攝參數(shù); 口動(dòng)逐片檢查畸變等。建立工程，進(jìn)行必要的預(yù)處理；組建工程，恢復(fù)影像的邏輯關(guān)系，并 將影像參數(shù)輸入處理系統(tǒng)?？趧?dòng)匹配，規(guī)?；a(chǎn)的核心過(guò)程之一，有以下幾個(gè)指標(biāo)

13、：（1） 口動(dòng) 化程度100%； (2)正確率99. 99%； (3)精度0. 5象素;(4)成功率100%。 然后進(jìn)行全口動(dòng)空三匹配和空三串點(diǎn)?？杖馑?，(1)控制加密點(diǎn)和像控點(diǎn)精度比例；(2)模型收斂情況; (3)合理分區(qū)；(4)粗差探測(cè)能力；(5)像控分組。無(wú)縫測(cè)圖，武漢適普virtuozo航測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以單兵作業(yè)，也可 以多人網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫協(xié)同作業(yè)；以測(cè)區(qū)為單位進(jìn)行空三成果的無(wú)縫管理；以坐 標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的矢量數(shù)據(jù)生產(chǎn)的無(wú)縫作業(yè)，免去地形圖的接邊煩惱；可以 實(shí)吋監(jiān)督管理作業(yè)員的作業(yè)進(jìn)度和作業(yè)成果的質(zhì)量；可以由用戶自定義代 碼、符號(hào)、繪制方式、入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)縫入庫(kù)。無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)無(wú)人機(jī)

14、航攝系統(tǒng)在建筑物密集地區(qū)、地形復(fù)雜的丘陵地 區(qū)、云霧較多地區(qū)或雨霧季節(jié)較常規(guī)航空攝影方法更為適應(yīng)，成本相對(duì)較 低。由于無(wú)人機(jī)搭載有高精度數(shù)碼成像設(shè)備，而且飛行高度為超低空飛行, 因此獲取的圖像空間分辨率可達(dá)到分米級(jí)或更高，能夠滿足1 ： 2 0 0 0 或更大比例尺遙感應(yīng)用。但是其獲取的影像存在像幅小、數(shù)量多、基線短、 重疊度不規(guī)則且傾角過(guò)大等問(wèn)題。無(wú)人機(jī)飛行系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的能力， 在需要航拍某一區(qū)域時(shí)，選擇一個(gè)適合無(wú)人機(jī)起飛和降落的地方，根據(jù)事 先規(guī)劃好的航線或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行航跡策劃，就能進(jìn)行飛行和影像拍攝t作。與 衛(wèi)星遙感影像相比，無(wú)人機(jī)拍攝影像具有如下優(yōu)勢(shì)：(1 )時(shí)相性好，即 現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)；(

15、2 )分辨率高(通常為0. 2in、01m或更高)；(3 )清晰度 好；(4 )立體像對(duì)且重疊度大；(5 ) 口主性強(qiáng)；(6 )可以量測(cè)。無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)適合生產(chǎn)大比例尺地形圖，能夠制作大比例尺數(shù)字高 程模型(dem)、數(shù)字止射影像圖(dom)和數(shù)字線劃圖(dlg)o尤其 適合1 : 1000-1 : 5000的各種比例尺地形圖及相應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，特別 適宜于1 : 2000產(chǎn)品的生產(chǎn)。3、本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)首次將i古i定翼無(wú)人機(jī)配合非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)航攝系統(tǒng)應(yīng)用于1 : 100 0、1 : 500大比例尺成圖項(xiàng)冃中，大幅度提高工作效率，降低生產(chǎn)成本, 也為區(qū)域地勘測(cè)繪保障服務(wù)開(kāi)辟了 一條新路。4、年度研

16、究計(jì)劃及進(jìn)度安排2013年，以武都區(qū)、卓尼縣農(nóng)村地籍測(cè)量項(xiàng)冃為依托，完成設(shè)備購(gòu)置、 培訓(xùn)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)航攝、內(nèi)業(yè)處理、外業(yè)調(diào)繪、內(nèi)業(yè)再編輯1 ： 1000地籍 圖、外業(yè)檢核及精度驗(yàn)證等。具體進(jìn)度安排如下：2013年元月，完成設(shè)備調(diào)研購(gòu)置及培訓(xùn)工作；2013年2月，完成現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作；2013年3月至2013年10月，根據(jù)需要分區(qū)域?qū)嵤﹥煽h區(qū)村鎮(zhèn)航攝工 作，并分組進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理、外業(yè)調(diào)繪；2013年11月至2013年12月15日，內(nèi)業(yè)編輯成圖；2013年12月16日至2013年12月31日，完成外業(yè)檢查驗(yàn)證工作。5、預(yù)期成果研究以固定翼無(wú)人機(jī)配合非量測(cè)相機(jī)航攝影像進(jìn)行大比例尺地形圖測(cè)量的解決文案及成圖精度分析驗(yàn)證，并切實(shí)解決武都、卓尼兩縣區(qū)農(nóng)村 地籍測(cè)量中存在著的影響項(xiàng)冃進(jìn)度和效率的瓶頸問(wèn)題，為將來(lái)小區(qū)域地勘 項(xiàng)冃啟動(dòng)快速測(cè)繪保障服務(wù)提供可參照的方案。三、經(jīng)費(fèi)概算經(jīng)費(fèi)來(lái)源預(yù)算經(jīng)費(fèi)支出預(yù)算科目預(yù)算數(shù)（萬(wàn)元）科目預(yù)算數(shù)（萬(wàn)元）來(lái)源預(yù)算合計(jì)60支出預(yù)算合計(jì)601、局科研撥款501、專用儀器設(shè)備費(fèi)502、單位自籌102、其他相關(guān)費(fèi)用10名 姓性別年齡業(yè) 專分獷 中鋁 目卄 項(xiàng)酣 在扌強(qiáng) 潤(rùn) 胡男54繪 測(cè)oo指究 術(shù)研 技析地普 田合 煤綜 肅局隊(duì) 甘質(zhì)查治 文 史男34繪 測(cè)oo地普 田® 煤綜 肅局隊(duì) 甘質(zhì)查寧、男82繪 測(cè)o o數(shù)分 采汕究