《無人機測繪技術》項目一

無人機測繪技術基礎任務2測繪基礎知識測繪事業(yè)是國家經(jīng)濟建設、國防建設和社會發(fā)展服務的基礎，是現(xiàn)代化建設必不可少的重要保障，在諸多領域發(fā)揮著獨特的作用。近年來，我國測繪體系和測繪生產(chǎn)服務方式產(chǎn)生了翻天覆地的巨變，使國民經(jīng)濟建設與社會可持續(xù)發(fā)展的服務保障能力大幅度提升，測繪工作邁向信息化測繪新紀元。本任務我們將對測繪的基礎知識進行學習，為后續(xù)無人機測繪實踐學習打下堅實的理論基礎。任務引入正確認識自身崗位，熱愛本職工作，時刻保持恭敬心與敬畏心；嚴格遵守崗位操作規(guī)程，確保工具、設備和自身的安全；養(yǎng)成良好的團隊協(xié)作精神和較強的組織溝通能力。思政要點03能夠區(qū)分不同類型數(shù)字地圖的差異；能夠區(qū)分不同測繪類型的測繪目的和測繪場景；能夠識別常見的測繪儀器并了解其功能。技能要點02了解測繪的概念和常用術語；掌握測繪的工作流程；掌握數(shù)字圖像處理的優(yōu)點。知識要點01學習目標測繪的概念和常用術語；測繪的工作流程。常見的測繪儀器及其功能；測繪的工作流程。重點難點學習重點和難點03數(shù)字圖像處理02常見測繪儀器01測繪概述目錄CONTENTS2測繪基礎知識Part1測繪概述測繪概念測繪概念測繪是指使用測量儀器對自然地理要素或者地表人工設施的形狀、大小、空間位置及其屬性等進行測定、采集并繪制成圖。常用術語大地水準面一個假想的與處于流體靜平衡狀態(tài)的海洋面（無波浪、潮汐、海流和大氣壓變化引起的擾動）重合并延伸向大陸且包圍整個地球的重力等位面。常用術語地圖上某一線段的長度與地面上相應線段水平距離之比。大地基準大地坐標系的基本參照依據(jù)，包括參考橢球參數(shù)和定位參數(shù)以及大地坐標的起算數(shù)據(jù)。參考橢球面參考橢球地圖比例尺具有一定參數(shù)、定位和定向的地球橢球面。一個國家或地區(qū)為處理測量成果而采用的一種與地球大小、形狀最接近并具有一定參數(shù)的地球橢球。數(shù)字正射影像圖（DOM）數(shù)字正射影像圖是對航空航天像片進行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁切生成的數(shù)字正射影像集，同時具有地圖幾何精度和影像特征，具有良好的可判讀性和可量測性。常用術語常用術語數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)字高程模型是以高程表達地面起伏形態(tài)的數(shù)字集合。可制作透視圖、斷面圖，進行工程土石方計算、表面覆蓋面積統(tǒng)計，用于與高程有關的地貌形態(tài)分析、通視條件分析、洪水淹沒區(qū)分析。常用術語數(shù)字表面模型（DSM）數(shù)字表面模型是指包含了地表建筑物、橋梁和樹木等高度的地面高程模型。和DEM相比，DEM只包含了地形的高程信息，并未包含其它地表信息，DSM是在DEM的基礎上，進一步涵蓋了除地面以外的其它地表信息的高程。主要使用在一些對建筑物高度有需求的領域。常用術語數(shù)字線劃地圖（DLG）數(shù)字線劃地圖是以矢量數(shù)據(jù)格式存儲的數(shù)字地圖，可以方便地實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理、查詢和空間分析以及制作各種精細的專題地圖，可用于建設規(guī)劃、資源管理、投資環(huán)境分析等各個方面以及作為人口、資源、環(huán)境、交通、治安等各專業(yè)信息系統(tǒng)的空間定位基礎。常用術語激光點云模型激光點云模型是指通過海量點集合來表示空間內(nèi)物體的坐標和分布的一種模型，通過在空中繪制出大量的點，并用這些點來形成數(shù)據(jù)集合，從而建立起三維模型來表示空間的表面特性。常用術語三維模型三維模型是物體的多邊形表示，通常用計算機或者其它視頻設備進行顯示。顯示的物體可以是現(xiàn)實世界的實體，也可以是虛構的物體。任何物理自然界存在的東西都可以用三維模型表示。常用術語數(shù)字柵格地圖是紙制地形圖的柵格形式的數(shù)字化產(chǎn)品。可作為背景與其他空間信息相關，用于數(shù)據(jù)采集、評價與更新，與DOM、DEM集成派生出新的可視信息。數(shù)字柵格地圖（DRG）4D復合模式地圖是將數(shù)字正射影像圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字柵格地圖、數(shù)字線劃地圖等4D產(chǎn)品中的任意兩種或幾種產(chǎn)品模式，通過融合的方法生成的疊加地圖產(chǎn)品。4D復合模式地圖測繪分類大地測量大地測量確定地面點位、地球形狀大小和地球重力場的精密測量，主要研究和測定地球形狀和大小、空間目標坐標和方位，以及地殼變形等內(nèi)容。測繪分類普通測量普通測量指在地球表面局部區(qū)域內(nèi)使用經(jīng)緯儀、水準儀、卷尺、測距儀、全站儀等基本的測量儀器進行控制測量和地形圖測繪的基本測量工作，進行測繪時無需考慮地球曲率，把它當作平面處理不影響測圖精度。測繪分類攝影測量攝影測量是利用攝影機或其他傳感器采集被測物體的圖像信息，經(jīng)過加工處理和分析以確定測定目標物的形狀、大小、空間位置、性質(zhì)和相互關系的科學技術。測繪分類工程測量工程測量是指工程建設中在規(guī)劃設計、施工建設、運營管理等階段需要為工程建設提供精確的測量數(shù)據(jù)和大比例尺地圖而進行的測量工作，以保證工程運行正常。測繪分類海洋測繪海洋測繪是指以海洋水體和海底為對象所進行的測量和海圖編制工作。主要進行測定海洋大地水準面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力以及海洋磁力、海洋環(huán)境等自然和社會信息的地理分布以及編制各種海圖等工作，為艦船航行安全以及海洋工程建設提供保障。測繪分類地圖制圖地圖制圖是利用數(shù)據(jù)處理使地圖實現(xiàn)以模擬的2D紙質(zhì)地圖、數(shù)字3D模型、動畫等可視化和表達形式，運用地圖圖形來反映自然界和人類社會各種現(xiàn)象的空間分布，相互聯(lián)系及其動態(tài)變化。測繪工作流程前期準備包括資料搜集、監(jiān)測設備調(diào)試、測線設計。數(shù)據(jù)處理利用處理技術對采集到的相關數(shù)據(jù)進行處理。成果提交資料整理、匯編和提交。測繪實施對自然地理要素或地表人工設施進行測定。圖形繪制根據(jù)比例尺設計圖幅、進行地形圖繪制。234512測繪基礎知識Part2常見測繪儀器經(jīng)緯儀定義經(jīng)緯儀是一種根據(jù)測角原理設計的測量水平角和豎直角的精密測量儀器。分類經(jīng)緯儀根據(jù)度盤刻度和讀數(shù)方式的不同可分為電子經(jīng)緯儀和光學經(jīng)緯儀。組成經(jīng)緯儀由望遠鏡制動螺旋、望遠鏡、望遠鏡微動螺旋、水平制動、水平微動螺旋、腳螺旋、光學瞄準器、物鏡調(diào)焦、目鏡調(diào)焦、度盤讀數(shù)顯微鏡調(diào)焦、豎盤指標管水準器微動螺旋、光學對中器、基座圓水準器、儀器基座、豎直度盤、垂直度盤照明鏡、照準部管水準器、水平度盤位置變換手輪等部分組成。水準儀主要部件有望遠鏡、管水準器、垂直軸、基座、腳螺旋。水準儀是建立水平視線測定地面兩點間高差的儀器。定義1組成3分類按結構水準儀可分為微傾水準儀、自動安平水準儀、激光水準儀和數(shù)字水準儀，按精度水準儀分為精密水準儀和普通水準儀。2平板儀定義平板儀是野外碎部測量的一種傳統(tǒng)儀器，它能同時測定地面點的平面位置和點間高差。平板儀測量是用平板儀或其他替代儀器，按圖解法加密圖根控制點和測繪地形圖的方法和過程。分類按其照準儀和基座的結構不同可分為大平板儀和小平板儀。組成大平板儀是平板儀測量的主要儀器，由平板、照準儀、基座、方框羅盤、對點器和獨立水準器等部分組成。小平板儀主要用于碎部測圖，由小平板、照準儀、基座以及方框羅盤、對點器和獨立水準器等部分組成，通常與經(jīng)緯儀配合而僅用于瞄畫方向線，也可單獨使用。電磁波測距儀分類按測距原理可分為脈沖法測距儀和相位法測距儀，按載波來分可分為微波測距儀或光電測距儀。應用電磁波測距儀已廣泛用于控制、地形和施工放樣等測量中，有效提高了外業(yè)工作效率和量距精度。定義電磁波測距儀是采用電磁波為載波的測量距離的儀器。全站儀全站儀即全站型電子測距儀，是一種集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。定義按其外觀結構可分為積木型和整體型兩類。按測量功能可分成經(jīng)典型全站儀、機動型全站儀、無合作目標性全站儀、智能型全站儀四類。按測距儀測距還可以分為短距離測距全站儀、中測程全站儀和長測程全站儀三類。分類全站儀幾乎可以用在所有的測量領域。電子全站儀由電源部分、測角系統(tǒng)、測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理部分、通訊接口、顯示屏、鍵盤等組成。組成陀螺經(jīng)緯儀定義陀螺經(jīng)緯儀是指帶有陀螺裝置用來測定測線真北方位角的經(jīng)緯儀。組成陀螺經(jīng)緯儀由陀螺儀、經(jīng)緯儀和三腳架組成。原理陀螺經(jīng)緯儀利用陀螺儀本身的定軸性和進動性，采用金屬帶懸掛重心下移的陀螺靈敏部來敏感地球自轉角速度水平分量，在重力作用下，產(chǎn)生一個向北的力矩，使陀螺儀主軸圍繞地球子午面往復擺動，從而測定正北方位角。應用陀螺經(jīng)緯儀測定真方位角簡單迅速且不受時間制約，常被廣泛應用于礦山測量、工程測量和軍事測繪中，也是雷達天線定向、無人機飛行定向、火炮和遠程武器發(fā)射定向的重要配套設備。激光測距儀激光測距儀激光測距儀是利用調(diào)制激光的某個參數(shù)實現(xiàn)對目標的距離測量的儀器，測量范圍為3.5米至5000米。03按照測距方法分為相位法測距儀和脈沖法測距儀。按照測量距離可分為手持激光測距儀和望遠鏡式激光測距儀。應用激光測距儀廣泛用于地形測量、戰(zhàn)場測量、軍事目標測距、云層高度測量、飛機高度測量、導彈高度測量和人造衛(wèi)星高度測量等場合。01定義02分類液體靜力水準儀應用液體靜力水準儀主要用于監(jiān)測地鐵、高鐵、隧道、危樓、橋梁等建筑物的沉降位移。定義液體靜力水準儀亦稱水管式測斜儀，利用連通管液體靜力平衡測定兩點之間的微小高差的儀器。分類液體靜力水準儀主要由兩個相同的測管和連通管組成。攝影經(jīng)緯儀攝影經(jīng)緯儀是在地面攝影測量中用于攝取立體像對的野外作業(yè)儀器。定義攝影經(jīng)緯儀主要用于地形攝影測量或遠距離的非地形攝影測量。應用攝影經(jīng)緯儀主要由照相系統(tǒng)、定向裝置和轉動系統(tǒng)組成。組成正射投影儀應用正射投影儀主要用于將中心投影的航攝像片變換為規(guī)定比例尺的正射相片。03定義正射投影儀是應用分帶糾正的原理將中心投影的航攝像片變換成地面正投影像片和制作正射投影影像地圖的儀器，可以聯(lián)機或脫機作業(yè)。01分類正射投影儀一般分為光學投影和電子投影兩類。022測繪基礎知識Part3

數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理概述定義數(shù)字圖像處理是指利用計算機或其他實時的硬件處理技術對經(jīng)過空間采樣和幅值量化后的圖像進行處理，因而又被稱之為計算機圖像處理。處理流程數(shù)字圖像處理工程大體可分為圖像信息的獲取、圖像信息的存儲、圖像信息的傳送、圖像信息處理、圖像信息的輸出和顯示幾個方面。圖像信息的獲取通過攝取圖像、光電轉換及數(shù)字化等操作把圖像轉換成適合輸入計算機或數(shù)字設備的數(shù)字信號的過程。圖像信息的存儲圖像信息的存儲采用移動硬盤、磁盤或光盤等設備利用數(shù)據(jù)壓縮、圖像格式及圖像數(shù)據(jù)庫等技術將海量數(shù)據(jù)進行存儲。圖像信息的傳送圖像信息的傳送圖像信息的傳送可分為系統(tǒng)內(nèi)部傳送與遠距離傳送。內(nèi)部傳送指在不同設備間交換圖像數(shù)據(jù)，多采用DMA技術以解決速度問題。外部遠距離傳送主要問題是占用帶寬問題，目前，由于光纖和其他寬帶技術的發(fā)展，這一問題正在迅速得到改進。圖像信息的處理圖像處理又稱影像處理，用計算機對圖像進行分析和處理以達到所需結果的技術。圖像信息處理主要包括幾何處理、算術處理、圖像增強、圖像復原、圖像重建、圖像編碼、圖像識別、圖像理解等方面內(nèi)容。數(shù)字圖像處理的特點在模擬圖像處理中，要想使精度提高一個數(shù)量級，就必須對處理裝置進行大幅度改進。但在數(shù)字圖像處理中，不管是對多大圖像的處理，對計算機程序來說處理方法是一樣的，只需改變數(shù)組的參數(shù)增加圖像像素數(shù)使處理圖像變大即可，原理上講，處理多高精度的圖像都是可行的。精度高在模擬圖像處理過程中，會因為各種因素干擾而導致無法保持圖像的再現(xiàn)性。數(shù)字圖像處理只在計算機內(nèi)部進行處理，數(shù)據(jù)就不會丟失或遭到破壞，圖像質(zhì)量不會因圖像的存儲、復制或傳輸?shù)纫幌盗凶儞Q操作導致退化，使圖像保持了完好的再現(xiàn)性。再現(xiàn)性好數(shù)字圖像處理具有通用性和靈活性，在可視圖像和不可見光成像的處理上都是采用同樣的方法把圖像信號直接進行變換或記錄成照片。另外，對處理程序加以改變后可進行上下滾動、浸游、拼圖、合成、變換、放大、縮小和邏輯運算等各種各樣的處理。靈活通用數(shù)字圖像處理的應用領域航空航天領域數(shù)字圖像處理技術在航天航空領域中的應用主要涉及圖像畸變的自動校正、分析并處理遙感圖像、進行資源和礦藏勘探、國土規(guī)劃和災害調(diào)查、農(nóng)業(yè)規(guī)劃和農(nóng)作物估產(chǎn)、氣象預報以及軍事目標監(jiān)視等。數(shù)字圖像處理的應用領域軍事和公安領域數(shù)字圖像處理在軍事方面主要用于導彈的精確制導、各種偵察照片的判讀、自動化指揮系統(tǒng)的圖像傳輸、模擬訓練等，在公安領域主要用于實時監(jiān)控、案件偵破、指紋識別、人臉鑒別、虹膜識別、交通流量監(jiān)控、事故分析、銀行防盜等。數(shù)字圖像處理的應用領域生物醫(yī)學領域數(shù)字圖像處理在生物醫(yī)學領域主要用于臨床診斷、病理研究、醫(yī)用顯微圖像的處理分析等方面，大大提高了疾病的治療診斷水平，減輕了病人的痛苦。數(shù)字圖像處理的應用領域工業(yè)工程領域數(shù)字圖像處理技術被有效地應用于工業(yè)生產(chǎn)中自動裝配線零件質(zhì)量檢測、零件分類、印刷電路板疵病檢查、彈性力學照片的應力分析、流體力學圖片的阻力