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13182023-09-09
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本文目录
目前,无人机激光雷达和摄影测量成像应用正在快速增长。这其实并不奇怪,因为与使用配备了摄像测量设备的飞行器相比,使用配备了GPS的无人机(UAV)进行空中测量更具成本效益。
由于无人机相对便宜,可以在有需要的大型区域进行快速勘察。此外,使用配备了GPS、数码相机以及强大计算机的无人机,可以进行精度达1至2厘米的测量。
本文全面介绍了这种无人机绘图技术。此外,还将对利用无人机进行摄影测量和激光雷达测绘的领域进行简单的介绍。
什么是无人机摄影测量?
摄影测量是通过照片进行测量的科学。摄影测量的结果通常是一些现实世界的物体或陆地地图、素描或3D模型。
3D地图和模型
要从航拍测量中构建3D地图,需要将摄像机安装在无人机上,并且通常都是垂直指向地面。而使用摄影测量法构建纪念碑或雕像的3D模型,则需要将摄像机水平安装在无人机上。
无人机飞行途中拍摄的地面或模型的多个重叠照片(80%至90%重叠),再加上自主编程飞行路径被称作路标点。将物体或地面的照片重叠80至90%,是无法通过导航准确完成的。
那么拥有一个配备了路标点导航技术的无人机则非常重要。
无人机绘图和激光雷达详解
无人机激光雷达主要是通过在无人机上安装激光扫描仪,以对无人机拍摄景观的点高度进行测量。激光雷达也叫做光感测距技术(Lidar)。激光雷达扫描仪可以在一天内扫描数百平方公里区域。在每平方米区域内通过测量10到80个点,可以对所扫描景观构建一个非常详细的数字模型。
准确的测量使得所构建的3D模型能用于许多领域的设计、规划以及决策过程。
激光雷达传感器还可以穿透密集的森林林冠层和植被,从而对卫星看不到的地球结构进行拍摄,以及对植物进行详细拍摄以便进行植被分类和变化监测。
摄影测量和激光雷达的用途
通过使用无人机摄影测量和激光雷达测绘,可以从航拍图像中提取许多有用元素。这些有用元素包括:
DEM/DTM/DSM(表面模型);
正射影像(地理空间校正的航空图象);
3D建筑模型;
轮廓地图;
平面特征(道路边界、高度、标志以及建筑物轮廓等);
体积调查。
下面简单介绍一下激光雷达和摄影测量的一些最佳用途。所有这些领域都收益于各自项目的精确3D图像。与使用传统飞行器相比,它们还可以提高效率并降低成本。
林业管理与规划;
洪水建模;
污染建模;
绘图和制图;
城市规划;
海岸线管理;
交通规划;
油气勘探;
采石场和矿产(体积和勘探);
考古;
蜂窝网络规划。
摄影测量术一开始处于默默无闻的地位,随着无人机激光雷达传感器的出现,现在得到了广泛的应用。
3D植被建模
这里需要注意的是,植被建模使用的是多光谱传感器和激光雷达传感器,而不是摄影测量传感器。
用于摄影测量和无人机3D绘图的摄像机
行业目前已经开发出了几款配备了摄像机、用于3D绘图的无人机。实际上,任何配备了曝光控制器摄像机的无人机都是合适的。曝光控制器能触发相机快门。最小照片拍摄数为每两秒一张照片。以下相机都能很好地用于摄影测量和绘图。
佳能相机-S110、SX260;
索尼相机-QX1、DSC-RX100A7R、A7、A7S、NEX-6、NEX-5R、NEX-5T、A5100;
松下相机-GH3。
GoPro相机镜头不太适合构建航空地图。为了得到某种更佳结果,飞行器飞行高度要达到400英尺(约120米)以上。
此外,还可以通过包括Phantom3、Phantom4以及Inspire1在内的大疆无人机集成摄像头进行摄影测量图像的拍摄。下文将会对大疆无人机进行详细讲解。
用于摄影测量和3D绘图的无人机
接下来将盘点7种配备了自动驾驶和GPS(这也是摄影测量和激光雷达绘图的关键技术)、且非常实惠的无人机。
一、大疆摄影测量无人机
包括DroneDeploy在内的企业现在都开发出了与所有大疆无人机兼容的软件,包括其最新的MavicPro折叠无人机。
1. 大疆无人机—MavicPro
这款MavicPro非常适用于摄影测量和激光雷达测绘应用。这款四轴飞行器使用了最新的IMU、飞行控制稳定技术,还配备了一个4k稳定的集成框架和摄像机。
通过如DroneDeploy或Pix4D等企业提供的软件,这样将构建非常精确的点云和完美的3D绘图。
航路导航对于构建精确的3D摄影测量图像非常重要。MavicPro使用了“DrawWaypoint”进行自动飞行。
其飞行距离为4.3英里(7公里),飞行时间长达27分钟。
2.大疆Matrice100无人机-无人机绘图
Matrice100平台拥有大疆所有易于飞行的技术。包括飞行控制器、推进系统、GPS、DJILightbridge(全高清无线数字图像传输系统)、专用遥控器以及可充电电池。此外还有额外的扩展架,允许您添加如相机、红外传感器以及用于构建复杂3D地图的激光雷达扫描仪等组件。
Matrice100具有增强的GPS功能,能实现高精度的摄影测量。该增强型GPS功能还能实现Matrix100位置的实时跟踪,同时实现更快的卫星探测、更准确的位置控制和飞行计划。
3.用于摄影测量的Phantom4Pro大疆无人机
该Phantom4Pro大疆无人机能使用Pix4DmapperMesh大疆版本。Phantom4还适用于DroneDeploy和SiteScan软件,下文将会一一提及。Phantom4飞行非常平稳,采用了双导航系统,还使用了障碍探测和防碰撞传感器。此外,还拥有一个4k摄像机。非常重要的是它也使用了航路导航技术。
4.DJIPhantom3和Inspire1摄影测量无人机
在2015年9月进行固件和软件更新之后,就赋予了DJIInspire1和Phantom3模型航路导航技术,该无人机目前可以用于摄影测量。
与DJI无人机使用的最佳软件是Pix4DmapperMeshDJI版。此外,DJIPhantom3和Inspire1也可以使用Altizure应用程序进行摄影测量。
5.用于绘图的大疆SpreadingWingsS1000无人机
SpreadingWingsS1000型号可以实现定制,以装配多种不同类型的摄像机和传感器。
其他用于摄影测量的无人机
二、SenseFlyeBeePro绘图无人机
EBee绘图无人机是一种拥有固定翼、完全自动化的无人机,可拍摄高分辨率航空照片,还可以将所拍摄的照片转换为精确的2D正射投影以及3D模型。EBee单次飞行可达12平方公里(4.6平方英里),通过较低的飞行高度飞过较小区域,通过GSD还可以拍摄低至1.5厘米/像素的图像。
EBee带有两个软件包:eMotion(飞行计划和控制)和PostflightTerra3D(专业摄影测量)。
三、用于航测的3DRX8-M无人机
3DRX8-M拥有一个完整的套件,包括四轴飞行器、高分辨率佳能12MP数码相机以及将照片渲染成3D地图所需的Pix4DMapper第3版软件。3DRX8-M具有GPS、自主航路导航、以及可重复的飞行路线,是精确航测图和测量的完美选择。X8-M是设计和规划自动飞行任务并构建3D摄影测量图最便捷的无人机之一。
四、3DRAero-M固定翼无人机
Aero-M是一种用于构建高分辨率视频航测图的一体化解决方案。这是为农业、建筑、文物保护、搜救以及应急响应等大规模作业获取高度详细数据的完美平台。Aero-M具有轻巧坚固的泡沫框架。
Aero-M套件包括佳能S100高分辨率12MP相机,功能强大的Pix4DmapperLT3DR版软件,用于构建高精度、地理参考和正射投影的马赛克。
五、3DRSOLO无人机
3DRSOLO无人机于2015年发布,专为GoProHero4相机而设计。现在可以通过Pix4DmapperMesh软件,利用该SOLO无人机构建3D图像。
六、TrimbleUX5无人机
TrimbleUX5能提供最佳图像质量以及最高摄影测量精度的图像。UX5相机具有大型成像传感器,即使在黑暗或阴天的情况下也能拍摄非常清晰、色彩丰富的图像。24MP相机及其定制光学元件使UX5能够获取精准度为2.0厘米(0.79英寸)分辨率的数据。
TrimbleUX5的这种设计意味着它可以在几乎所有的天气条件下飞行。
七、AeryonScoutMap版航拍多轴飞行器
AeryonsUAS是专为任何需要勘测级精度的正射投影、DSMs和从空中或倾斜航空成像点云的应用而设计,能与GIS、CAD以及传统摄影测量软件实现无缝集成。
AeryonMap无人机还包括AeryonSkyRangersUAS以及Pix4Dmapper软件,可实现现场和办公室图像处理,包括用于3D可视化和编辑的集成工具。
云计划于2010年成立。是基于互联网、计算机技术开发,全面提供电子商务咨询与解决方案。从2010年开始发展软件外包业务,遵循“IT即服务,运用云计算新的业务模式,将外包及应用程序,作为一种服务提供给客户!”的理念。
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所谓“云”计划,是针对“云计算”基础上的一种拓展。
云计算(Cloudcomputing),是指基于互联网的超级计算模式。即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起,协同工作。它是一种新兴的共享基础架构的方法,可以将巨大的系统池连接在一起以提供各种IT服务。很多因素推动了对这类环境的需求,其中包括连接设备、实时数据流、SOA的采用以及搜索、开放协作、社会网络和移动商务等这样的Web2.0应用的急剧增长。另外,数字元器件性能的提升也使IT环境的规模大幅度提高,从而进一步加强了对一个由统一的云进行管理的需求。
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1995年,微软在自己的操作系统中集成免费的IE浏览器,企图以此抵挡对手,但是最终的结果是与竞争对手对薄公堂。现在,该公司把自己的战略完全逆转,把自己的操作系统完全开放,允许其他软件通过互联网与操作系统对接。这个项目被称为“Cloud”计划。该项目即是微软搭建互联网操作系统的努力之一,各种互联网软件与Windows操作系统无缝连接,带来各式各样的互联网服务。微软目前的主要战略出发点是销售套装软件的个人电脑。有了这个新的项目之后,微软希望其数以亿计的软件客户能从竞争对手Google或者Salesforce.com这样的互联网公司获得互联网应用软件和服务。
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