近年來，無人機移動測量技術發(fā)展迅速，已廣泛應用于多個領域。本書結合作者的研究工作，系統(tǒng)、深入地介紹了無人機移動測量的概念、理論和方法。主要內容包括無人機移動測量系統(tǒng)特點與組成、無人機移動測量數據快速獲取與處理技術方法、無人機移動測量作業(yè)要求，以及無人機移動測量在應急保障、數字城市建設、地理國情監(jiān)測等方面的應用。
本書可供從事航空影像獲取、無人機系統(tǒng)研究等領域的科研工作者和工程技術人員參考使用，也可作為高等院校相關專業(yè)教學和研究的參考資料。
《無人機移動測量數據快速獲取與處理》在理論的基礎上，更側重從實踐的角度探討，實用性特強。在作者寫作中，幾乎參考了國內全部相關文獻，是一部無人機測量方面的行業(yè)薈萃。
傳統(tǒng)的地面測量以點方式獲取坐標信息,速度慢、成本高,缺少空間上的連續(xù)性,且受環(huán)境限制較大,當作業(yè)人員無法到達某些區(qū)域時,也就無法獲取該區(qū)域的信息。衛(wèi)星遙感可以實現(xiàn)大面積區(qū)域的同步觀測,數據具有綜合性和可比性,但數據獲取時間受到衛(wèi)星過境時間限制,且費用較高。在自然災害、公共安全等事件的處理中,迫切需要發(fā)展“天—空—地”一體化的觀測體系,應用無人機航空攝影技術獲取目標區(qū)域現(xiàn)勢性信息,高效支撐防災減災工作。
隨著計算機技術、通信技術、控制技術的迅速發(fā)展,以及各種質量輕、體積小、探測精度高的新型傳感器的不斷涌現(xiàn),無人機移動測量技術的應用廣度和深度也迅速擴展。無人機移動測量具有分辨率高、機動靈活、操作簡單、成本低廉、響應迅速、應用簡便等特點,是衛(wèi)星遙感和地面測量技術的有力補充。通過搭載高分辨率光學相機、紅外傳感器、多鏡頭集成傾斜攝影相機等傳感器,獲取作業(yè)區(qū)域測繪地理信息,直觀反映區(qū)域現(xiàn)狀,其成果廣泛應用于地理國情監(jiān)測、應急響應、災害預警、城市規(guī)劃、市政管理、公共安全、農業(yè)生產、環(huán)境保護等領域。本書面向測繪需求,系統(tǒng)介紹了無人機測量數據的快速獲取、處理及應用,以及在測量中的適應性改造,為其在應急中的應用提供支撐。
全書分為6章,分別介紹無人機測量的特點、測量系統(tǒng)、數據獲取與處理、作業(yè)要求及應用。第1章,介紹無人機移動測量的特點、無人機移動測量技術在國內外的發(fā)展、應急無人機測量應用需求；第2章,介紹無人機測量系統(tǒng)構成、無人機平臺、飛機控制、任務載荷以及無人機在測量中的適應性改造；第3章,介紹無人機測量數據特點、種類,以及數據獲取、傳輸與管理；第4章,介紹無人機移動測量數據處理流程,主要包括數據處理目標、總體流程、影像預處理、空中三角測量、影像快速拼接、影像融合、影像分類與信息提取、影像產品生產等,列舉常用軟件平臺；第5章,介紹無人機移動測量作業(yè)的基本要求與應急響應預案,主要包括應急測繪產品生產質量控制、測量成果整理與驗收、應急響應組織體系、應急響應、應急預案等；第6章,結合具體案例,介紹無人機移動測量在應急保障、數字城市建設、地理國情監(jiān)測及電力巡檢等領域的典型應用。
限于編者水平,書中難免存在錯誤和不妥之處,懇請專家學者和讀者批評指正。
程多祥，高級測繪工程師。長期從事四川省應急測繪保障工作，具有豐富的應急測繪工作實戰(zhàn)經驗。
第1章 綜 述 1
§1.1 無人機移動測量及特點 1
1.1.1 無人機移動測量概念 1
1.1.2 無人機移動測量特點 2
§1.2 無人機移動測量技術及應用進展 3
1.2.1 無人機移動測量技術進展 3
1.2.2 無人機移動測量應用進展 6
§1.3 應急無人機移動測量及其應用需求 7
1.3.1 應急無人機移動測量 8
1.3.2 應急無人機移動測量應用需求 8
第2章 無人機移動測量系統(tǒng) 10
§2.1 無人機移動測量系統(tǒng)構成 10
§2.2 無人機移動測量系統(tǒng)工作流程 12
§2.3 無人機移動測量飛行平臺 12
2.3.1 固定翼無人機 14
2.3.2 無人直升機 17
2.3.3 多旋翼無人機 21
2.3.4 無人飛艇 24
§2.4 無人機移動測量飛行控制 27
2.4.1 飛行控制系統(tǒng)組成 28
2.4.2 飛行控制方式 32
2.4.3 飛行控制關鍵技術 36
§2.5 無人機移動測量任務載荷 39
2.5.1 光學相機 40
2.5.2 紅外傳感器 48
2.5.3 傾斜攝影相機 49
2.5.4 機載激光雷達 52
2.5.5 視頻攝像機 54
§2.6 無人機移動測量飛行平臺系統(tǒng)適應性設計 56
2.6.1 飛行平臺系統(tǒng)改造需求分析及改造設計 56
2.6.2 無人機移動測量飛行平臺系統(tǒng)改造 57
第3章 無人機移動測量數據快速獲取、傳輸與管理 66
§3.1 無人機移動測量數據 66
3.1.1 數據特點 66
3.1.2 數據種類 66
§3.2 數據快速獲取 68
3.2.1 技術準備與航線設計 69
3.2.2 設備檢查與安裝調試 74
3.2.3 飛行作業(yè)與飛行器回收 79
3.2.4 故障處理與任務總結 83
3.2.5 作業(yè)保障與使用維護 84
§3.3 數據傳輸與接收 86
3.3.1 傳輸系統(tǒng)組成 87
3.3.2 系統(tǒng)功能特點 93
3.3.3 數據傳輸原理 93
3.3.4 系統(tǒng)設計原則 99
3.3.5 系統(tǒng)關鍵技術 100
3.3.6 未來發(fā)展趨勢 104
§3.4 數據壓縮編碼 105
3.4.1 數據壓縮原理 107
3.4.2 壓縮編碼技術 108
3.4.3 壓縮編碼標準 116
3.4.4 壓縮傳輸方案 122
3.4.5 壓縮質量評價 124
3.4.6 壓縮技術發(fā)展趨勢 127
§3.5 數據存儲與管理 127
3.5.1 數據庫信息特征 127
3.5.2 面臨的問題 129
3.5.3 基本解決法案 130
3.5.4 數據存儲與管理系統(tǒng) 136
3.5.5 數據共享 138
第4章 無人機移動測量數據處理 144
§4.1 數據處理總體技術流程 144
4.1.1 數據處理特點 144
4.1.2 數據處理技術流程 145
§4.2 數據預處理 146
4.2.1 飛行質量檢查 147
4.2.2 幾何校正 147
4.2.3 航帶整理 161
§4.3 空中三角測量 163
4.3.1 空中三角測量原理 163
4.3.2 空中三角測量方法 164
4.3.3 空中三角測量流程 164
4.3.4 空中三角測量精度評價 167
§4.4 影像匹配 169
4.4.1 影像匹配定義及難點 169
4.4.2 影像匹配方法 169
§4.5 影像融合 173
4.5.1 直接平均融合法 174
4.5.2 線性加權融合法 174
4.5.3 范數融合法 175
4.5.4 多頻帶融合法 175
4.5.5 最佳拼接線法 177
§4.6 影像分類與信息提取 178
4.6.1 面向對象分類 178
4.6.2 決策樹分類 180
4.6.3 基于分形理論分類 181
4.6.4 支持向量機分類 183
4.6.5 人工神經網絡分類 184
§4.7 測繪產品生產 186
4.7.1 數字高程模型 187
4.7.2 數字正射影像 188
4.7.3 數字柵格地圖 190
4.7.4 數字線劃圖 192
4.7.5 應急影像圖 193
§4.8 無人機影像處理軟件 194
4.8.1 國外常用影像處理軟件 195
4.8.2 國內常用影像處理軟件 209
4.8.3 軟件應急適用性分析———以IPS、INPHO、PixelGrid為例 213
§4.9 高效能數據處理技術 222
4.9.1 集群并行處理技術 222
4.9.2 GPU 處理技術 227
第5章 無人機移動測量作業(yè)基本要求 229
§5.1 數據產品生產質量控制 229
5.1.1 外業(yè)控制 229
5.1.2 初始數據控制 230
5.1.3 產品質量控制 233
§5.2 常規(guī)測量成果整理與驗收 233
5.2.1 測量成果整理 233
5.2.2 測量成果驗收 235
§5.3 無人機移動測量應急響應預案 236
5.3.1 無人機移動測量應急組織體系 236
5.3.2 無人機移動測量應急響應 237
5.3.3 無人機移動測量應急保障 238
第6章 無人機移動測量應用 241
§6.1 無人機移動測量在應急保障中的應用 241
6.1.1 無人機移動測量在地質災害應急測繪保障中的應用 241
6.1.2 無人機移動測量在森林火災應急測繪保障中的應用 249
6.1.3 無人機移動測量在公共安全應急測繪保障中的應用 251
§6.2 無人機移動測量在數字城市建設中的應用 251
6.2.1 無人機移動測量城市三維建模中的應用 251
6.2.2 無人機移動測量在城市規(guī)劃中的應用 253
§6.3 無人機移動測量在地理國情監(jiān)測中的應用 255
§6.4 無人機移動測量在傳統(tǒng)測量領域的應用 257
6.4.1 無人機移動測量在大比例尺基礎測繪中的應用 257
6.4.2 無人機移動測量在土地利用現(xiàn)狀調查中的應用 258
6.4.3 無人機移動測量在其他傳統(tǒng)測量領域中的應用 260
§6.5 無人機移動測量在電力巡檢中的應用 262
參考文獻 265
《無人機移動測量數據快速獲取與處理》：
（3）舵機舵面。對于高可靠性飛控系統(tǒng)，要求氣動結構提供豐富的冗余舵面，以全球鷹為例，至少配有4片副翼、4片等效升降舵、4片等效方向舵。每個舵面均配置1個獨立舵機，同一機翼上的舵面不同段由不同的飛行控制計算機控制，不同機翼但位置對稱（同為內側或外側）的操縱面由同一飛行控制計算機控制。舵機的余度可以靈活考慮，在一定的可靠性指標下，當存在氣動冗余且具備故障舵面回中的能力時可以采用單余度舵機。若氣動冗余較低，只實現(xiàn)單余度或部分舵面二余度，則要通過采用余度舵機技術來提高舵機的可靠性，使得飛控總體的可靠性保持在允許的水平。由于目前發(fā)動機的油門伺服系統(tǒng)多為機械伺服系統(tǒng)，可靠性比電器系統(tǒng)高一個數量級，因而不配置余度；自動油門的執(zhí)行機構——舵機，配置二余度。
（4）飛控計算機。飛控計算機是整個飛控系統(tǒng)中的核心部件，它的可靠性及功能直接關系到系統(tǒng)的技術指標能否實現(xiàn)。飛行控制系統(tǒng)采用了主／主／備的配置方案，由3臺飛控計算機同時工作。如果一臺計算機出現(xiàn)故障，則通過邏輯開關自動切換到備份計算機。計算機采用非相似余度，這樣可以防止硬件的共性故障，減少發(fā)生故障的概率。
（5）通信。對于大中型無人機，多采用4通道方式，即2個視距內鏈路和2個視距外鏈路，具有較高的可靠性。另外即使通信系統(tǒng)中斷，無人機飛行管理系統(tǒng)也可以控制飛機自動返航。
除了采用硬件余度技術外，還設計了軟件余度，如針對可能出現(xiàn)的應急情況設計應急控制方案，針對舵面和執(zhí)行機構等可能出現(xiàn)的故障設計重構的控制律，針對能源不足的問題設計節(jié)能控制方案等。軟件的非相似余度結構，可保證因軟件故障的系統(tǒng)二次故障安全要求。
2.4.2飛行控制方式
無人機的控制已從遙控、程序控制，發(fā)展到可以針對自身的狀態(tài)變化、具有故障診斷和重構的自適應控制。隨著各種新技術的不斷應用，無人機系統(tǒng)的復雜性及功能的自動化程度等日益增加。由于作業(yè)環(huán)境的高度動態(tài)化、不確定性以及飛行任務的復雜性，使得規(guī)劃與決策成為無人機面臨的新的技術挑戰(zhàn)，各種基于程序化的自動控制策略已經不能滿足未來先進多功能無人機對復雜環(huán)境下的多任務的需求，自主飛行控制能力的提高將是未來無人機飛行控制系統(tǒng)發(fā)展的主要目標（王英勛等，2009）。
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