无人机航测 聊一聊无人机航测（航空摄影测量）

说到测绘，最近几年比较流行的“炸鸡”是什么？无疑是无人机的航测。无人机航测灵活、作业范围广、成本低的特点使其越来越受到测绘人员的青睐，并广泛应用于地形测绘中。

无人机航测既弥补了传统测绘的不足，又保证了实现三维测绘时地理信息数据采集的及时性。例如，在最近的中国重大事故中，首次使用无人机航测对灾区进行调查，掌握灾区情况进行救援。

好了，话不多说，今天就和边肖一起学习无人机航空摄影测量。

无人机航空摄影测量

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无人机航拍空摄影测量顾名思义就是通过无人机的应用，结合无线电遥控设备或机载计算机遥控飞行等系统，以及自动摄影测量、GPS自动定位等先进技术，实现航空遥感数据的快速采集和同步处理。

无人机航测

无人机航测是对传统航测空摄影测量的有力补充，具有灵活、高效、精确、作业成本低、适用范围广、生产周期短的特点，在小区域和飞行困难区域高分辨率图像快速获取方面具有明显优势。

无人机航测具有航测快速响应能力、突出的时效性和性价比、有限的监测面积、快速获取地面数据和建模能力等特点，使得无人机行业得到越来越广泛的应用。比如国土资源局、测绘局、规划局、电力、水利、交通、消防、武警等行业以及政府部门或企业。

摄影测量和航空空摄影测量

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在谈论无人机航拍空摄影测量之前，边肖不得不谈论摄影测量和航拍空摄影测量。因为无人机航测可以理解为一种新的航测空摄影测量工具，航测空摄影测量是摄影测量的一个分支，它们之间的关系是:

摄影测量的基本原理是三角测量，与经纬仪的三角测量原理相同。从至少两个不同的位置拍摄照片，从每个相机到物体上的一个点生成一条“视线(也称为光线)”，这些视线香蕉会生成一个三维坐标。

关于摄影测量，边肖强烈推荐张祖勋院士的摄影测量讲座视频，对摄影测量感兴趣的同学可以观看视频。

航拍空摄影测量是指在飞机上用航拍仪器连续拍摄地面，结合地面控制点测量、成图、立体成图等步骤绘制地形图的作业。简单来说，就是在飞机上安装一个摄像头，用来拍照，获取图像数据，然后进行绘图处理。

一般用于绘制1: 500、1: 1000、1: 2000、1: 5000、1: 10000、1: 50000的地形图。

航测空摄影测量的基本原理是中心投影的透视变换，立体测绘的基本原理是投影过程的几何反演。如上所述，相机主要安装在飞机上拍摄，有两种类型的照片，可以垂直拍摄，也可以倾斜拍摄。

根据需要，可以选择垂直拍摄生成正投影图像，即平面。选择斜拍，会生成3D图像。

但是，不管怎么拍照，有一点很重要。谈到摄影测量，你还说至少要在同一点拍两张照片，也就是说在飞行中拍照要考虑重叠率。

航拍空摄影测量先说到这里，再来说无人机航拍空摄影测量。

无人机航测的发展

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下面有很多话。只需要记住几个关键节点。摄影发明于1839年，飞机发明于1903年，无人机出现于1917年，第一次固定翼无人机摄影测量实验于1979年，第一次旋翼无人机摄影测量实验于1980年。

从1839年尼普斯和达里尔发明摄影开始，摄影测量已经有180多年的历史了。1851年至1859年，法国陆军提出并开展了十字路口摄影测量，这是摄影在测量中应用的关键。但直到1903年，莱特兄弟发明了飞机之后，航拍空摄影测量才成为可能，无人机航测也被称为可能。

在使用无人机进行航空勘测之前，人们试图用热气球、风筝甚至鸽子从空拍摄地面照片...当然，这些是用来拍照和刺探的，不是用来测量的。

顺便说一下，世界上第一张航空照片是由加斯帕德·图尔纳雄于1858年在巴黎用载人气球拍摄的。后来随着摄像技术的简化，英国气象学家ED Archibald于1882年用风筝进行了航空摄影，瑞典人阿尔弗雷德·诺贝尔于1897年用火箭进行了航空摄影。

1909年，莱特兄弟拍摄了在自制飞机上飞行空的照片。人们震惊了，期待着有一天能飞去拍照。但由于当时欧洲的背景，载人飞行空航拍很快成为军事领域的热门工具，主要用于战争。

莱特兄弟

直到1917年，历史上出现了第一架无人驾驶飞机，名为Ruston Proctor Air Target。这是一架无线电遥控无人机。然而，它最初是作为一个飞行炸弹开发的。虽然无人机几次发射失败，没有打过，但为后来的无人机应用铺平了道路。

直到1979年，无人机才开始出现在航空空摄影测量领域。Przybilla和Wester-Ebbinghaus通过无线电手动控制固定翼无人机，配备光学相机，完成了摄影测量中最早使用固定翼无人机的实验之一。

测试的固定翼无人机由鹤基公司生产，长3米，翼展2.6米。飞机能承载的最大有效载荷为3kg。但是由于飞机的飞行速度，影响了发动机的振动，导致成像不良。于是两人想到用振动影响较小的模型直升机，也就是旋翼无人机来拍照。

1980年，韦斯特-艾宾浩斯成为第一个使用旋翼无人机进行摄影测量的人。这次测试的无人机是来自施吕特的模型直升机。对飞机感兴趣的朋友应该认识到这款机型是Bell222。

这次测试的旋翼机携带了一个中型相机，并使用了聚苯乙烯墙板。威斯特-艾宾浩斯操作成功抑制了发动机振动。

在这两个实验之后，一个新的术语，UAS(无人驾驶航空系统)诞生了。UAS的三个主要部分是无人机、地面控制站和通信数据链。在无人机航测的后期开发中，不同的公司也推出了自己的UAS系统，后面可能会提到。

1998年，Tokmakidis为该相机配备了一个用于考古应用的旋转结构，可以将相机旋转90度。最后，可以生成正交图像和2D计划。

2000年，齐钦斯基利用模型直升机(UAV)拍摄的图像和地面拍摄的图像生成建筑物的3D模型。

2001年，日本雅山公司的RMAX旋翼机系统装备了DGPS(差分全球定位系统)。

当时定向航迹位置的3D精度可以达到0.3m(滚转)、0.1(俯仰)/0.2(偏航)。

Rmax系统旋翼机

以上都属于早期无人机在航测空摄影测量中的应用。此时的无人机系统只有通过无线电链路或绳索手动控制，无人机无法精确转弯，所以通常只能使用少量图像进行后处理。但是早期的无人机航测虽然还不够成熟，但是已经显示出了巨大的潜力，人们更加关注无人机航测空摄影测量的发展。

随着无人机的发展，无人机的有效载荷可以变得更高。在2004年于伊斯坦堡举行的第20届国际摄影测量和遥感学会会议上，盖娜提出了一个系统，该系统将激光雷达系统和电荷耦合器件照相机与全球定位系统/惯性导航系统数据相结合，用于生成数字表面模型。在此之前，人们总是通过不断更换更专业的摄像头来提高无人机的测量质量。这是无人机首次被提出装载激光雷达仪器进行测量。

同年，提出了飞马座固定翼无人机系统，这是一种长寿命的遥感无人机系统。为什么说他电池寿命长，因为它用太阳能作为无人机的电源。同时，中国测绘院研制出了固定翼微型无人机系统。用于从图像中重建建筑物的三维模型。

2004年至2007年，固定翼无人机和旋翼无人机在行业内得到广泛应用，如自然资源管理和监测，包括植被监测、高光谱无人机图像分类、精准农业等。；还有环境监测/检查，包括交通监测、道路跟踪、森林火灾监测、河流监测等行业。

酪在实际应用中，虽然无人机很容易获得任务区的图像，但其飞行性能和图像质量仍然不理想。由于无人机的飞行模式，无人机系统中的导航单元需要用飞行计划的组件进行标定。

在那之后，有一个叫尼兰詹的人。为了使无人机满足精准农业、灾害管理、油气管道监测、建筑工程、土壤隆起与侵蚀、涝面等行业的需求，他设想了一种固定翼无人机的样机。是什么样的？最大飞行半径2500km以上，续航时间24h以上，作业高度100m-6000m之间，但没人愿意开发。

2007年，瑞士大学的一个调查小组开始了四旋翼无人机的研究。

DJI M210四旋翼无人机

2006年，Wzorek等人提出将GSM技术作为无人机的通信媒介。当时是用索尼爱立信的手机和RMAX无人机进行测试演示，可以实现编辑飞行计划、切换到相机视图、显示日志消息、插入和删除禁飞区、发送飞行命令等功能，如飞往喜欢的地点或目的地、开始任务、起降等。

本次测试证明了GSM技术作为无人机通信媒介的实用性，在无人机其他通信等级被卡住的情况下，GSM技术可以为冗余系统提供很好的替代方案。但是，最重要的是低成本使用互联网。

从2004年到2007年，无人机的发展趋向于低成本和小尺寸系统，并与各种传感器集成。

2008年，Grenzdrffer和其他人试图使用动力滑翔伞捕捉图像数据，用于比较固定翼无人机捕捉的图像数据。

2009年，利用激光雷达仪器进一步发展了无人机。图为侦察飞机B1-100搭载Riegl机载激光雷达扫描仪LMS-Q160。

同年，2009年，尼瑟默等人开始使用开源无人机系统监测缓慢移动的滑坡。这种无人机系统的特点是，它可以与四个或八个独立的动力螺旋桨一起工作，即使其中一个电机出现故障，它也可以安全着陆。

2007年至2009年，无人机航测的发展重点是无人机平台摄影测量中不同传感器的实现、集成和同步。在此期间，研究主要集中于要求高分辨率和高精度的应用，以及集中于快速处理的应用。

摘要

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至于无人机航测的早期发展，边肖将从这里开始。

从无人机的历史发展来看，战争和军事目的是推动无人机产生和发展的决定性因素。事实上，这类似于许多其他新事物的出现。

然而，随着时代的发展以及无人机和数码相机技术的发展，基于无人机平台的数字航空摄影技术显示出其独特的优势，无人机也逐渐从军用发展到民用。

在民用领域，无人机航测技术快速、高效、灵活、分辨率高、处理速度快、运行成本低，使得无人机航测在国家基础测绘、数字城市建设、生态环境监测、国土资源管理等领域得到应用。

近年来，随着我国科技的不断进步和发展，我国无人机技术也取得了快速进步。对于小型无人机来说，飞行时间、飞行品质、飞行技术都有了很大的突破，无人机航测成为国内乃至全世界最流行的低空遥感方法。