《无人机测绘生产》段延松主编；王玥，刘亚文副主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《无人机测绘生产》

【作　者】段延松主编；王玥，刘亚文副主编

【页 数】 360

【出版社】 武汉：武汉大学出版社 , 2019.05

【ISBN号】978-7-307-20916-9

【分 类】无人驾驶飞机－航空摄影测量

【参考文献】 段延松主编；王玥，刘亚文副主编. 无人机测绘生产. 武汉：武汉大学出版社, 2019.05.

图书封面：

图书目录：

《无人机测绘生产》内容提要：

本书以轻小型无人机、实时动态差分GPS测量系统RTK、数字摄影测量网格DPGrid组成的无人机测绘生产系统为例，系统地讲述了当代无人机在摄影测量生产中的作业方法，内容包括无人机航空摄影、地面控制点量测、无人机影像空中三角测量、DEM生产作业、DOM生产作业、DLG生产作业等。

《无人机测绘生产》内容试读

第1章绪

论

无人机测绘是无人机遥感的重要组成部分，一般是指通过无人机搭载数码相机获取目

标区域的影像数据，同时在目标区域通过传统方式或GPS测量方式测量少量控制点，然

后应用数字摄影测量系统对获得的数据进行全面处理，从而获得目标区域三维地理信息模型的一种技术。

1.1无人机测绘的基本概念

无人机全称无人驾驶飞行器，英文Unmanned Aerial Vehicle,缩写为UAV,是利用无线电遥控或自备程序控制装置操纵的不载人飞机。随着地理信息科学与相关产业的发展，

各国对遥感数据的需求急剧增长，低成本的UAV作为航空摄影和对地观测的遥感平台得

到快速发展。

无人机遥感(UAV remote sensing,UAVRS)是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥

感传感器技术、遥测遥控技术、通信技术、GPS定位技术和POS定位定姿技术实现获取

目标区域综合信息的一种新兴解决方案。无人机遥感具有自动化、智能化、专业化快速获

取空间信息的特点，可实现对目标进行实时获取、建模、分析等处理。UAVRS技术有其

他遥感技术不可替代的优点，它能克服传统航空遥感受制于长航时、大机动、恶劣气象条件、危险环境等的影响，又能弥补卫星因天气和时间无法获取感兴趣区信息的空缺，可提供多角度、大范围、宽视野的高分辨率影像信息。

无人机测绘是无人机遥感的一种特殊应用，主要通过无人机对目标区域进行航空摄影，然后利用地面处理系统对数据进行处理，最终制作出目标区域的正射影像图、数字地形图以及三维地物模型。无人机测绘在基础地理信息测绘、地理国情监测、地理信息应急监测方面起到了无可替代的作用。因此，近年来国家测绘地理信息局多次举办无人机航摄系统推广会，在全国范围内大力推广应用国产低空无人飞行器航测遥感系统，同时率先在各省级测绘单位配备使用。在现代测绘中，无人机测绘颠覆了传统测绘的作业方式，通过无人机摄影获取高清晰立体影像数据，自动生成三维地理信息模型，快速实现地理信息的获取，具有效率高、成本低、数据精确、操作灵活等特点，可满足测绘行业的不同需求，正逐渐成为测绘部门的新宠儿，今后或将成为航空遥感数据获取的“标配”。

1.1.1无人飞行器构造

无人机主要由飞行器和遥控器组成，一些飞行器具备自动返航以及视觉定位系统等，可实现稳定飞行甚至悬停等功能。根据无人飞行器的结构不同，无人飞行器分为固定翼飞

1

第1章绪

论

行器和旋翼飞行器，固定翼飞行器和旋翼飞行器的结构和动力方式差异非常大，固定翼飞行器与载人的飞机一样，主要由机身、发动机、机翼、尾翼、起落架五部分组成。

①机身一将固定翼飞行器的各部分联结成一个整体的主干部分叫机身。同时机身内可以装载必要的控制机件、设备和燃料等

②发动机一它是固定翼飞行器产生飞行动力的装置。固定翼飞行器常用的动力装置有：橡筋束、活塞式发动机、喷气式发动机、电动机

③机翼一是固定翼飞行器在飞行时产生升力的装置，并能保持固定翼飞行器飞行时的横侧安定。

④尾翼一包括水平尾翼和垂直尾翼两部分。水平尾翼可保持固定翼飞行器飞行时的俯仰安定，垂直尾翼可保持固定翼飞行器飞行时的方向安定。水平尾翼上的升降舵能控制固定翼飞行器的升降，垂直尾翼上的方向舵可控制固定翼飞行器的飞行方向。

⑤起落架一供固定翼飞行器起飞、着陆和停放的装置。前部一个起落架，后面两面

三个起落架叫前三点式；前部两面三个起落架，后面一个起落架叫后三点式。

旋翼飞行器一般由电机、螺旋桨、飞控板、电调、遥控器、电池等部分组成

①电机：电机给螺旋桨提供旋转的力量。将电机每分钟的空转速度定义为kV值。kV值越小，转动力越大。电机要与螺旋桨匹配，螺旋桨越大，需要较大的转动力和较小的转速就可以提供足够大的升力。因此螺旋桨越大，匹配电机的kV值越小。

②螺旋桨：螺旋桨主要提供升力，同时要抵消螺旋桨的自旋，所以需要正反桨，即对角的桨旋转方向相同，正反相同。相邻的桨旋转方向相反，正反也相反。

頭③飞控板：通过3个方向的陀螺仪和3轴加速度传感器控制飞行器的飞行姿态。如果没有飞控板，飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致性等原因形成飞行力量不平衡，左右、上下胡乱翻滚，根本无法飞行，如果飞控板安装错误，会剧烈晃动，无法飞行。

贵④电调：电调的作用就是将飞控板的控制信号，转变为电流的大小，以控制电机的转

速。电机的电流很大，平均有3A左右，如果没有电调，飞控板无法承受这样大的电流。

避⑤遥控器：需要控制俯仰(y轴)、偏航(z轴)、横滚(x轴)、油门（高度），最少4个通道。所谓遥控器油门，在飞行器当中控制供电电流大小，电流大，电动机转得快飞得高、力量大。判断遥控器的油门很简单，遥控器2个摇杆当中，上下扳动后不自动回到中间的那个就是油门摇杆。

⑥电池：给飞行器提供能源。电池的型号一般是mAh,表示电池容量，如100OmAh电池，如果以1000mA放电，可持续放电1小时。如果以500mA放电，可以持续放电2小时。电池后面的2s,3s,4s代表锂电池的节数，锂电池1节的标准电压为3.7V,那么2s

电池，就代表有2个3.7V电池在里面，电压为7.4V。电池后面的C代表电池的放电能

力，这是普通锂电池和动力锂电池最重要的区别，动力锂电池需要很大的电流放电，这个放电能力是用C来表示的，如1000mAh电池的标准为5C,得出电池可以以5000mAh的电流强度放电

测绘无人机最重要的功能是对目标拍摄照片，因此需要增加额外的摄像设备，通常摄像设备被称为云台相机。

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1.1无人机测绘的基本概念

云台相机：目前无人机所用的航拍相机，除无人机厂商预设于飞行器上的相机外，有部分机型容许用户自行装配第三方相机，例如Canon5D系列单反相机，Panasonic GH4微单相机等。航拍相机主要通过云台(Gimbal)装设于飞行器之上，云台可以说是整个航拍系统中最重要的部件，航拍视频的画面是否稳定，全要看云台的表现如何。云台一般会内置两组电机，分别负责云台的上下摆动和左右摇动，让架设在云台上的摄像机可维持旋转轴不变，使航拍画面不会因飞行器震动而晃动起来。

以无人机测绘设备大疆精灵Phantom3为例，主要构成部件如图1-1、图1-2所示。

①一一体式相机云台

②一视觉定位系统

③一相机Micro-SD卡槽

④-Micro USB接口

⑤—相机状态指示灯

⑥一机头LED指示灯

⑦一电机

⑧一螺旋桨

⑨飞行器状态指示灯

0一天线

①一智能飞行电池

2一电池开关

B—电池电量指示灯

④一对频按键

⑤一相机数据接口

图1-1无人机飞行器主要部件

1.1.2无人机工作原理

根据牛顿第一运动定律可知：除非受到外来的作用力，否则物体的速度会保持不变，因此若要让飞机平稳飞行，必须保证所有外力合力为零。当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零。与一般人想象不同的是，当飞机保持相同下沉率降落时，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速度，飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快，阻力也越来越大，引擎推力迟早会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空中了。

作用于飞机上的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零，根据牛顿第二运动定律

就会产生加速度，为了分析方便我们把力分为X、Y、Z三个轴力的平衡及绕X、Y、Z三

个轴弯矩的平衡。轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为

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第1章绪论

17

①一电源开关

②一智能返航按键

③一摇杆

④一遥控器状态指示灯

⑤一电池电量指示灯

⑥一充电接口

⑦一移动设备支架

⑧一手机卡扣

⑨一天线

①一握手

①一云台俯仰控制拨轮

②一相机设置转盘

B一录影按键

④一飞行模式切换开关图1-2无人机遥控器主要部件

升力、重力、阻力、推力，如图1-3所示。升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地

心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把飞机受的力分解为两个方向的力，称X及Y

方向的力（还有一个Z方向的力，但对飞机不是很重要，除非是在转弯过程中）。飞机等

速直线飞行时，X方向阻力与推力大小相同，方向相反，故X方向合力为零，飞机速度不

变；Y方向升力与重力大小相同，方向相反，故Y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会

保持等速直线飞行。

升力

下料粉会奥多园

推力

阻力

重力

大珠坪图13飞机受力示意图

弯矩不平衡则会产生旋转加速度，对飞机来说，X轴弯矩不平衡飞机会滚转，Y轴弯

矩不平衡飞机会偏航，Z轴弯矩不平衡飞机会俯仰，如图1-4所示。

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第1章绪论

人机可以根据预先的路线进行作业，事先制订的计划可以充分发挥作用，保证数据的准确性。经过无人机采集的数据，也可以根据事先的程序设定，及时地传到地面的工作地点，可以及时地进行数据的交换。

2)成本较低，数据处理费用少

无人机的控制系统相对于普通的航拍飞机较为简单，无人机的造价要远低于普通的航拍飞机，起降也没有固定场地的需求，利用无人机航空摄影技术进行数据处理时，总的费用较低，性价比较高。此外，无人机驾驶员只需在地面通过遥感系统来进行操作，因此无人机驾驶员上岗执照的获取较为简单，使得驾驶员的上岗时间缩短。无人机通常采用的材料都是轻质量的碳纤维复合材料，其后期的维修、保养也较为简单便捷。

3)机动灵活性

无人机相对于普通的航拍飞机而言，其体型更加娇小，升空的时间更短，不需要专门的升降起跑场地就可以快速升空，并且正常运行。通常情况下，在进行测量前会先给无人机制定出其在测量时的飞行路线，在进行测量时，无人机能够根据设定好的路线自动飞行。因其稳定性较好，不仅能够进行高强度的航拍工作，还能够提高航拍的准确性与精准度。在无人机飞行用油的情况下，由于无人机并不需要载人，在耗油量相同时，无人机与普通的航拍飞机相比能够飞得更远、飞的时间更长。

4)高分辨率、多角度的影像

无人机搭载的数码成像设备都是一些新型、高精度的设备，能够从多个方向进行摄影成像，例如从垂直角度、倾斜角度和水平角度等。无人机在进行拍摄时，拍摄的角度可以多变，还可以进行多角度的交错拍摄，全方位地获取测量地点的数据，可以解决建筑物的遮挡问题，从而使得测量的精度更高，而传统的单一角度拍摄很难做到这一点。

2.无人机测绘的不足

合1)飞行不够平稳

机体轻是无人机的一大优点，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，工作的环境大多是山区及高原地区。在空进行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。一般情况下，只有增加飞机的自身重量才能提高无人机的抗风性能，然而这样就无法满足现实起降要求。如何解决测绘无人机的起降技术和抗风性能，是目前测绘无人机的关键技术之一。共

2)传感器不够完善

普通的无人机由于技术的限制和要求，尚不能搭载精度较高的传感器，这使得监测工作无法获取精度较高的信息和图像，无法满足大比例尺的测绘要求。3)对通信系统的依赖性大

由于无人机是通过技术人员进行操作，利用传感器的传递信号来实现和完成的，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。的

,常五西出中

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···试读结束···