一種無人機(jī)航空攝影中差分gnss應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法，包括如下步驟：根據(jù)成果要求進(jìn)行航帶設(shè)計(jì)，計(jì)算無人機(jī)航空攝影所需要的技術(shù)參數(shù)；對(duì)無人機(jī)自駕儀進(jìn)行導(dǎo)航參數(shù)設(shè)置；無人機(jī)導(dǎo)航GPS根據(jù)設(shè)置的路線飛行，并根據(jù)設(shè)計(jì)曝光參數(shù)進(jìn)行航攝；對(duì)航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收；根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行野外控制點(diǎn)測(cè)量地形圖、DEM、DOM數(shù)據(jù)制作。本發(fā)明提高野外工作效率的有效途徑是減少像片控制測(cè)量的工作量；減少野外控制點(diǎn)的工作量的途徑就是提供空中三角形測(cè)量額外的輔助條件；輔助條件途徑之一是提高導(dǎo)航GPS的定位精度，進(jìn)行GPS輔助空中三角形測(cè)量。
【專利說明】
一種無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)繪航空攝影領(lǐng)域，尤其涉及一種無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)無人機(jī)航空攝影測(cè)量，通過人工遙控操作飛行航攝或GPS單點(diǎn)定位粗略導(dǎo)航，飛行需要操控手遙控，像片拍攝位置不到位，容易返工或?qū)罄m(xù)工作帶來麻煩。航攝儀的內(nèi)方位元素主要在實(shí)驗(yàn)室采用物理方法檢定，而像片的外方位元素則主要依靠空中三角測(cè)量和大量地面控制點(diǎn)間接解求。工作量大，尤其深山老林，交通不便，工作起來非常困難，浪費(fèi)大量人力、物力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是通過差分GNSS技術(shù)專利研發(fā)，解決:GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差，作為區(qū)域網(wǎng)平差中的附加非攝影測(cè)量觀測(cè)值，以空中來取代或減少地面控制的方法來進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。減少外控點(diǎn)數(shù)量，提高工作效率。
[0004]為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:
[0005]—種無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法，無人機(jī)航攝系統(tǒng)是由地面系統(tǒng)、飛行平臺(tái)、數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理四部分組成;其中:地面系統(tǒng)包括用于運(yùn)輸超輕型飛機(jī)的車輛;飛行平臺(tái)包括無人機(jī)飛機(jī)、自駕儀、通訊系統(tǒng);數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)包括電源、GPS自主導(dǎo)航與航攝管理系統(tǒng)、數(shù)字航空攝影儀(數(shù)碼航空照相機(jī))、微型穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)、控制與記錄系統(tǒng);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括空三測(cè)量、正射糾正、立體測(cè)圖；
[0006]無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法，具體包括如下步驟:
[0007]I)根據(jù)成果要求進(jìn)行航帶設(shè)計(jì)，計(jì)算無人機(jī)航空攝影所需要的技術(shù)參數(shù)；
[0008]2)對(duì)無人機(jī)自駕儀進(jìn)行導(dǎo)航參數(shù)設(shè)置；
[0009]3)無人機(jī)導(dǎo)航GPS根據(jù)設(shè)置的路線飛行，并根據(jù)設(shè)計(jì)曝光參數(shù)進(jìn)行航攝；
[0010]4)對(duì)航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收；
[0011]5)根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行野外控制點(diǎn)測(cè)量
[0012]6)地形圖、DEM、DOM數(shù)據(jù)制作。
[0013]1.航空攝影測(cè)量核心技術(shù)
[0014]a)航空攝影測(cè)量的核心技術(shù)為空中三角形測(cè)量；
[0015]b)空中三角形測(cè)量的原理是通過有限數(shù)量的地面像控點(diǎn)坐標(biāo)，通過加密算法得到航空攝影所得每一張航片的姿態(tài)；
[0016]c)在空三加密的成果基礎(chǔ)上進(jìn)行地形圖測(cè)繪、DEM\D0M制作；
[0017]d)其中地面控制點(diǎn)測(cè)量，需要投入大量的人力、物力進(jìn)行野外實(shí)地測(cè)量作業(yè)，同時(shí)也受到天氣的影像;減少野外控制點(diǎn)測(cè)量的工作量是提高無人機(jī)航空攝影測(cè)量作業(yè)效率的最有效的途徑；
[0018]2.提高野外工作效率有效途徑
[0019]I)提高野外工作效率的有效途徑是減少像片控制測(cè)量的工作量；
[0020]2)減少野外控制點(diǎn)的工作量的途徑就是提供空中三角形測(cè)量額外的輔助條件；[0021 ] 3)輔助條件途徑之一是提高導(dǎo)航GPS的定位精度，進(jìn)行GPS輔助空中三角形測(cè)量；
[0022]3.導(dǎo)航級(jí)GPS與差分GNSS
[0023]I)導(dǎo)航級(jí)別GPS的精度，正常10米精度級(jí)別；
[0024]2)差分GNSS的精度，正常為米級(jí)，通過差分技術(shù)處理達(dá)到毫米級(jí)別；
[0025]4.加裝差分GNSS后的效果
[0026]3)減少60-70%的工作量
[0027]在GNSS定位中，存在三部分誤差:一是接收機(jī)公有的誤差，如:衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差等；二是傳播延遲誤差，如:電離層誤差、對(duì)流層誤差等；三是各用戶接收機(jī)所固有的誤差，例如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多徑效應(yīng)等。為了減少這些誤差對(duì)觀測(cè)精度的影響，多采用差分定位技術(shù)。
[0028]差分技術(shù)(以前稱為DGPS，Differential GPS，現(xiàn)在應(yīng)稱為DGNSS)就是在一個(gè)測(cè)站對(duì)兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)值求差;或在兩個(gè)測(cè)站對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，將觀測(cè)值求差;或在一個(gè)測(cè)站對(duì)一個(gè)目標(biāo)的兩次觀測(cè)量之間進(jìn)行求差。差分的目的是消除公共誤差，提高定位精度。無人機(jī)差分GNSS:將一臺(tái)GNSS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上觀測(cè)，根據(jù)基準(zhǔn)站已知的精確坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離和由于誤差的存在基準(zhǔn)站接收機(jī)觀測(cè)的偽距離之間存在一個(gè)差值，這個(gè)差值(改正值)由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地發(fā)送出去，無人機(jī)接收機(jī)在進(jìn)行GNSS觀測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行修正消除公共誤差。差分技術(shù)可完全消除上述的第一部分誤差，可消除第二部分誤差的大部分，但無法消除第三部分誤差。由于這種技術(shù)能提高定位精度被廣泛地應(yīng)用。
[0029]差分GNSS分為單基準(zhǔn)站差分、多基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分三種類型。從差分所用的信號(hào)信息，可分為碼相位和載波相位。
[0030]根據(jù)差分GNSS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將差分GNSS定位分為三類，即:位置差分、偽距差分和相位差分。這三類差分方式的工作原理大致相同，都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。無人機(jī)差分GNSS采用相位差分技術(shù)。
[0031 ]通過差分GPS技術(shù)，采用GPS輔助空三，實(shí)時(shí)獲得相機(jī)拍照時(shí)外方位元素中的(Xs、Ys、Zs)三個(gè)線元素，忽略角元素，作為區(qū)域網(wǎng)平差中的附加非攝影測(cè)量觀測(cè)值，以空中來取代或減少地面控制的方法來進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。達(dá)到減少外業(yè)控制工作量，尤其大山樹林交通不變地區(qū)，可以大幅度提高工作效率。
[0032]包括無人機(jī)GPS接收設(shè)備、地面GPS基準(zhǔn)站、實(shí)時(shí)/事后數(shù)據(jù)傳輸記錄解算軟件。
[0033]增加了無人機(jī)、地面GPS控制與接收裝置，數(shù)據(jù)傳輸解算軟件部分。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0035]1、減少外業(yè)控制測(cè)量工作量，最多可減少70-80%，節(jié)省時(shí)間，提高效率，提高經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[0036]2、提高導(dǎo)航定位精度，從2-10米左右單點(diǎn)定位精度，提高到厘米級(jí)定位精度(3-5cm)，有效提升像片拍攝位置精度，提高攝影質(zhì)量。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明提供一種無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法的具體實(shí)施例，無人機(jī)航攝系統(tǒng)是由地面系統(tǒng)、飛行平臺(tái)、數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理四部分組成;其中:地面系統(tǒng)包括用于運(yùn)輸超輕型飛機(jī)的車輛；飛行平臺(tái)包括無人機(jī)飛機(jī)、自駕儀、通訊系統(tǒng)；數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)包括電源、GPS自主導(dǎo)航與航攝管理系統(tǒng)、數(shù)字航空攝影儀(數(shù)碼航空照相機(jī))、微型穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)、控制與記錄系統(tǒng);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括空三測(cè)量、正射糾正、立體測(cè)圖；
[0038]
[0039]無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法，具體包括如下步驟:
[0040]7)根據(jù)成果要求進(jìn)行航帶設(shè)計(jì)，計(jì)算無人機(jī)航空攝影所需要的技術(shù)參數(shù)；
[0041]8)對(duì)無人機(jī)自駕儀進(jìn)行導(dǎo)航參數(shù)設(shè)置；
[0042]9)無人機(jī)導(dǎo)航GPS根據(jù)設(shè)置的路線飛行，并根據(jù)設(shè)計(jì)曝光參數(shù)進(jìn)行航攝；
[0043 ] 10)對(duì)航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收；
[0044]11)根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行野外控制點(diǎn)測(cè)量[0045 ] 12)地形圖、DEM、DOM數(shù)據(jù)制作。
[0046]差分GNSS(DGPS)就是首先利用已知精確三維坐標(biāo)的差分GNSS基準(zhǔn)臺(tái)，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個(gè)修正量實(shí)時(shí)或事后發(fā)送給用戶(GNSS導(dǎo)航儀、接收器)，對(duì)用戶的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以提高GNSS定位精度。
[0047]根據(jù)差分GNSS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將差分GNSS定位分為三類，S卩:位置差分、偽距差分和相位差分。
[0048]差分GNSS(DGNSS)是在正常的GNSS外附加(差分)修正信號(hào)，此改正信號(hào)改善了GNSS的精度。
[0049]這三類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。
[0050]安裝在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)觀測(cè)4顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行三維定位，解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。由于存在著軌道誤差、時(shí)鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的，存在誤差。基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶站接收，并且對(duì)其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行改正。
[0051]最后得到的改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站和用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)星軌道誤差、SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀測(cè)同一組衛(wèi)星的情況。位置差分法適用于用戶與基準(zhǔn)站間距離在10km以內(nèi)的情況。
[0052]偽距差分原理偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分GPS接收機(jī)(或GNSS兼容接收機(jī))均采用這種技術(shù)。國(guó)際海事無線電委員會(huì)推薦的RTCM SC-104也采用了這種技術(shù)。
[0053]在基準(zhǔn)站上的接收機(jī)要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計(jì)算出的距離與含有誤差的測(cè)量值加以比較。利用一個(gè)濾波器將此差值濾波并求出其偏差。然后將所有衛(wèi)星的測(cè)距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測(cè)距誤差來改正測(cè)量的偽距。最后，用戶利用改正后的偽距來解出本身的位置，就可消去公共誤差，提高定位精度。
[0054]與位置差分相似，偽距差分能將兩站公共誤差抵消，但隨著用戶到基準(zhǔn)站距離的增加又出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差，這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶和基準(zhǔn)站之間的距離對(duì)精度有決定性影響。
[0055]載波相位差分原理測(cè)地型接收機(jī)利用GNSS衛(wèi)星載波相位進(jìn)行的靜態(tài)基線測(cè)量獲得了很高的精度(10-6?10-8)。但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀測(cè)一兩個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。于是探求快速測(cè)量的方法應(yīng)運(yùn)而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)(FARA)使基線觀測(cè)時(shí)間縮短到5分鐘，采用準(zhǔn)動(dòng)態(tài)(stopand go)，往返重復(fù)設(shè)站(re-occupat1n)和動(dòng)態(tài)(kinematic)來提高GNSS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)推動(dòng)精密GPS、GNSS測(cè)量起了促進(jìn)作用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)提交成果和實(shí)時(shí)評(píng)定成果質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。
[0056]差分GPS、差分GNSS的出現(xiàn)，能實(shí)時(shí)給定載體的位置，精度為米級(jí)，滿足了引航、水下測(cè)量等工程的要求。位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中。隨之而來的是更加精密的測(cè)量技術(shù)一載波相位差分技術(shù)。
[0057]載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)(real time kinematic)，是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)的高精度。
[0058]與偽距差分原理相同，由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將其載波觀測(cè)量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GNSS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)的定位結(jié)果。
[0059]需要強(qiáng)調(diào)的是:以上僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法，其特征在于，無人機(jī)航攝系統(tǒng)是由地面系統(tǒng)、飛行平臺(tái)、數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理四部分組成;地面系統(tǒng)包括用于運(yùn)輸超輕型飛機(jī)的車輛;飛行平臺(tái)包括無人機(jī)飛機(jī)、自駕儀、通訊系統(tǒng);數(shù)碼遙感影像獲取系統(tǒng)包括電源、GPS自主導(dǎo)航與航攝管理系統(tǒng)、數(shù)字航空攝影儀(數(shù)碼航空照相機(jī))、微型穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)、控制與記錄系統(tǒng);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括空三測(cè)量、正射糾正、立體測(cè)圖； 其中:無人機(jī)航空攝影中差分GNSS應(yīng)用方法，具體包括如下步驟: 1)根據(jù)成果要求進(jìn)行航帶設(shè)計(jì)，計(jì)算無人機(jī)航空攝影所需要的技術(shù)參數(shù)； 2)對(duì)無人機(jī)自駕儀進(jìn)行導(dǎo)航參數(shù)設(shè)置； 3)無人機(jī)導(dǎo)航GPS根據(jù)設(shè)置的路線飛行，并根據(jù)設(shè)計(jì)曝光參數(shù)進(jìn)行航攝； 4)對(duì)航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收； 5)根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行野外控制點(diǎn)測(cè)量 6)地形圖、DEM、DOM數(shù)據(jù)制作。
【文檔編號(hào)】G01S19/41GK105973203SQ201610220037
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】朱正榮
【申請(qǐng)人】浙江合信地理信息技術(shù)有限公司