基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统，包括定位定向系统、光耦隔离模块和中画幅量测相机，中画幅量测相机设置在无人机上，中画幅量测相机的脉冲输出端通过光耦隔离模块连接定位定向系统的低电平触发端，定位定向系统包括POS计算机、惯性测量单元、机载DGPS天线和地面DGPS基站接收机；本实用新型专利技术能够极大地减少外业控制点布设数量，提高大比例尺航空摄影测量的作业效率，进行高效率、高精度和大范围的低空摄影测量，且捕获图像质量高、畸变量小，同时提高了影像与POS数据匹配度，进而提高测量结果精确度，进一步地，还兼具重量轻和集成度高等优点。

Aerial Photogrammetry System Based on IMU/DGPS

【技术实现步骤摘要】
基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统
本技术涉及航空摄影测量
，尤其涉及基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统。
技术介绍
目前，传统航空摄影测量通常采用大载荷通航飞机搭载专业航摄仪，搭配高精度POS系统（PositionOrientationSystem；定位定向系统）获取航片的外方位元素（x，y，z，φ，ω，κ），以减少地面控制点布设数量等外业工作量，该种摄影测量系统目前已成为国内外高空摄影测量工程最为常用的集成方案之一。航空摄影测量能够丰富地表达测区内的微小细节，为规划设计、地质监测等多种应用领域提供直观的带有丰富细节的可量测性影像成果。精确求解影像的外方位元素是摄影测量的关键，长期以来主要依靠繁杂的空中三角测量和大量地面控制点来间接求解，工作量大、周期长；在高原、荒漠等难以创建大量地面控制点的区域又很难获取较高精度的摄影测量成果。近年来，无人机因其灵活、方便等优势，在作为相机搭载平台并应用于低空摄影测量这一领域得以迅速推广。通常情况下，无人机搭载经过畸变校正的单反相机进行摄影测量，由飞行控制系统自动控制无人机进入到预定航线，在预定航摄点控制相机曝光，在布设很多像控点的情况下完成测量制图工作。但是，由于无人机的航时与载荷限制，无法搭载专业的量测相机和高精度POS系统，不但仅能完成小范围测绘制图，且搭载的相机精度不高，无法达到航空摄影测量的要求标准。
技术实现思路
本技术的目的是提供基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统，能够极大地减少外业控制点布设数量，提高大比例尺航空摄影测量的作业效率，进行高效率、高精度和大范围的低空摄影测量，且捕获图像质量高、畸变量小，同时提高了影像与POS数据匹配度，进而提高测量结果精确度，进一步地，还兼具重量轻和集成度高等优点。本技术采用的技术方案为：基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统，其特征在于：包括定位定向系统、光耦隔离模块和中画幅量测相机，中画幅量测相机设置在无人机上，中画幅量测相机的脉冲输出端通过光耦隔离模块连接定位定向系统的低电平触发端；所述定位定向系统包括POS计算机、惯性测量单元、机载DGPS天线和地面DGPS基站接收机，POS计算机、惯性测量单元和机载DGPS天线均设置在无人机上，地面DGPS基站接收机设置在地面接收站点；惯性测量单元和机载DGPS天线的输出端分别电连接POS计算机，机载DGPS天线与DGPS基站接收机相互通讯。进一步地，所述光耦隔离模块包括光耦，光耦原边正极连接外部3.3V直流电源，光耦原边负极连接中画幅量测相机的曝光脉冲输出端，中画幅量测相机曝光脉冲输出端输出5V曝光脉冲电平，光耦副边集电极分别连接光耦原边正极和POS计算机的低电平触发端。进一步地，还包括用于连接无人机的相机支架和POS支架，相机支架包括上下平行并相互连接的顶板和底板，惯性测量单元设置在顶板上，底板上设有用于安装孔，中画幅量测相机的机身固定安装在安装孔内且中画幅量测相机镜头朝下设置，DGPS天线和POS计算机设置在POS支架上。进一步地，所述相机支架和POS支架底部均匀布置有多个减震器。本技术具有以下有益效果：（1）通过集成定位定向系统和中画幅量测相机，兼具高空摄影测量的成像精度和低空摄影测量的灵活性，既能捕获高质量的原始影像，也能精确解算影像对应的高精度位置姿态数据，保证测绘成图的质量和精度，解决了集成系统的重量、体积等问题；同时，本技术通过POS系统搭载无人机进行低空摄影测量，单架次可获取100km2的5cm正射影像所需数据，无需布设大量地面控制点，大幅减少像控测量工作量，缩短航测生产周期，提高作业范围和作业效率；（2）通过光耦隔离模块实现了相机曝光与POS系统记录Event数据的同步进行，保证其匹配度，进而提高测量精度，同时还能够在相机未曝光捕获影像时使POS系统处于未激活状态，避免记录无用Event数据干扰影像数据与POS数据的匹配。附图说明图1为本技术中航空摄影测量系统的结果示意图；图2为本技术中光耦隔离模块的电路原理图；图3为本技术的工作流程图。附图标记说明：1、机载DGPS天线；2、POS计算机；3、POS支架；4、减震器；5、惯性测量单元；6、中画幅量测相机；7、相机支架；8、光耦隔离模块。具体实施方式如图1所示，本技术包括定位定向系统、光耦隔离模块8和中画幅量测相机6，中画幅量测相机6设置在无人机上，中画幅量测相机6的脉冲输出端通过光耦隔离模块8连接定位定向系统的低电平触发端；所述定位定向系统包括POS计算机2、惯性测量单元5、机载DGPS天线1和地面DGPS基站接收机，POS计算机2、惯性测量单元5和机载DGPS天线1均设置在无人机上，地面DGPS基站接收机设置在地面接收站点；惯性测量单元5和机载DGPS天线1的输出端分别电连接POS计算机2，机载DGPS天线1与DGPS基站接收机相互通讯；本技术的测量方法包括以下步骤：A、航摄准备：标定中画幅量测相机6，获取中画幅相机内方位元素和畸变参数，同时，完成地面接收站点设备的安装与调试；B、采集原始影像、Event数据和校验数据；具体过程为：b1：中画幅量测相机6接收曝光脉冲信号并打开相机快门；b2：快门打开至一半时，中画幅量测相机6曝光脉冲由5V变为0V，光耦导通并触发POS计算机2；b3：中画幅量测相机6曝光采集原始影像，POS计算机2标记并记录该时刻Event数据，地面接收站点同步获取该时刻检校场检校数据；所述Event数据包括GPS数据和IMU数据；C、获取影像数据和影像外方位元素：影像外方位元素获取过程包括以下步骤：c1：将机载DGPS天线1获取的机载GPS数据与将地面接收站点获取的基站GPS数据进行后差分GPS处理；c2：将步骤c1所得后差分GPS处理数据与IMU数据进行联合运算；c3：将检校数据进行偏心分量修正；c4：结合步骤c2所得运算结果和步骤c3所得修正结果求解影像数据对应的外方位元素值。为了更好地理解本技术，下面结合附图对本技术的技术方案做进一步说明。如图1所示，本技术公开了一种基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统，包括定位定向系统、光耦隔离模块8、中画幅量测相机6、用于连接无人机的相机支架7和POS支架3，相机支架7包括上下平行并相互连接的顶板和底板，惯性测量单元5设置在顶板上，底板上设有用于安装孔，中画幅量测相机6的机身固定安装在安装孔内且中画幅量测相机6镜头朝下设置，机载DGPS天线1和POS计算机2设置在POS支架3上，相机支架7和POS支架3底部均匀布置有多个减震器4，用以对设备进行隔冲减振。中画幅量测相机6的脉冲输出端通过光耦隔离模块8连接定位定向系统的低电平触发端。定位定向系统包括POS计算机2、惯性测量单元5、机载DGPS天线1和地面DGPS基站接收机，POS计算机2、惯性测量单元5和机载DGPS天线1均设置在无人机上，地面DGPS基站接收机设置在地面接收站点；惯性测量单元5和机载DGPS天线1的输出端分别电连接POS计算机2，机载DGPS天线1与DGPS基站接收机相互通讯。本技术由中画幅量测相机6与POS系统集成，体积小、重量轻，可以由无人机等轻型飞行平台搭载，快速响应航空摄影测量任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统，其特征在于：包括定位定向系统、光耦隔离模块和中画幅量测相机，中画幅量测相机设置在无人机上，中画幅量测相机的脉冲输出端通过光耦隔离模块连接定位定向系统的低电平触发端；所述定位定向系统包括POS计算机、惯性测量单元、机载DGPS天线和地面DGPS基站接收机，POS计算机、惯性测量单元和机载DGPS天线均设置在无人机上，地面DGPS基站接收机设置在地面接收站点；惯性测量单元和机载DGPS天线的输出端分别电连接POS计算机，机载DGPS天线与DGPS基站接收机相互通讯。

【技术特征摘要】
1.基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统，其特征在于：包括定位定向系统、光耦隔离模块和中画幅量测相机，中画幅量测相机设置在无人机上，中画幅量测相机的脉冲输出端通过光耦隔离模块连接定位定向系统的低电平触发端；所述定位定向系统包括POS计算机、惯性测量单元、机载DGPS天线和地面DGPS基站接收机，POS计算机、惯性测量单元和机载DGPS天线均设置在无人机上，地面DGPS基站接收机设置在地面接收站点；惯性测量单元和机载DGPS天线的输出端分别电连接POS计算机，机载DGPS天线与DGPS基站接收机相互通讯。2.根据权利要求1所述的基于IMU/DGPS的航空摄影测量系统，其特征在于：所述光耦隔离模块包括光耦，光耦原边正极连接外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建鹏，孙颖宏，孟长，张鹏，陈亚锋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十七研究所，
类型：新型
国别省市：河南,41