国土应急执法

无人机航测系统技术方案

                中仪友信技术中心：董建卓

                 时间：2016年10月22日

一、项目概述

目前我国正处在工业化和城镇化高速发展的新时期，随之而来的土地执法压力越来越大，土地任务也日趋繁重。土地基础数据资料的获取是做好当前土地保护和执法工作的前提，随着土地保护和执法工作要求不断提高， 土地基础数据资料精确性、 可靠性和时效性也迫切需要提高。
以建设项目土地保护和执法管理为例，在土地执法工作中，我们发现部分建设项目特别是工业和民用类建设项目的地理位置、建设范围、规模与土地审批时的变化较大；部分建设单位未按照土地审批要求开展项目建设， 非法侵占了自然保护和执法区、饮用水源保护和执法区等需要特殊保护和执法的区域；部分建设单位未按照土地要求进行恢复与建设，或者恢复面积与土地批复要求差距较大。 此类项目建设变更对土地破坏大、影响长期，但因无准确的基础数据底图，难以准确甄别，土地审批、土地监理、土地执法多无据可查，给防范和后续处理工作增加很大难度，土地管理依据存在缺失。类似的问题也普遍存在于土地监测、土地监察、土地应急和生态保护和执法等土地保护和执法领域的其他多个方面。

二、土地执法无人机应急系统概述

本应急系统是基于工业级六旋翼无人机的手段对土地执法进行应急保障的推荐方案。总体要求实现以下功能：无人机应急测绘系统及时到达案发现场，即使起飞，拍摄视频和影像图并通过微波实时传输到地面监控平台，监控平台采用无线通讯或4G方式将视频和影像图传到土地执法应急指挥中心，同时传输到另一个移动应急指挥车，案件发生时同时对案发现场进行应急航拍，获取第一手的定性分析和判断的图像成果数据，另外，作为科学执法和数字执法的一种新需求，无人机应急测绘系统及时到达案发现场，即使起飞，采取航测作业模式，快速获取执法案件区域的高清可量测二、三维影像数据，对案发现场进行应急航测，获取第一手的定量分析和判断的可量测影像成果数据。

此方案的设计包含以下几个子系统：

工业级四旋翼飞行平台

作为应急救援应用的核心，配备工业级的四旋翼飞行平台。可实现对土地执法执法的无人机第一视角实时监控，快速对违规的土地执法案件快速获取高清淅的图像和可量测影像数据资料。通过地面站无人机监控平台可快速实现无人机全自主的外业飞行，按照执法对成果要求事先设定好无人机：飞行高度、执法区域、飞行速度、无人机定点起飞降落、影像的高清淅可量测和稳定等多种功能，即实现了远程监测，为获取第一手现场图像资料科学决策提供了可行依据，同时，实现了数字执法，获取的可量测二、三维影像成果可供执法决策提供了可行定量性科学执法依据。具体指标参数：

工业级四旋翼飞行平台技术要求

（1）工业级四旋翼要求配置自主知识产权的专业级飞行控制系统和地面站软件，全碳纤维机身，高度集成的IMU模块、IO板，4只低速大扭矩外转子无刷电机，紧密结合的GPS/INS，磁力计，气压计，总线支持的系统主板卡，不接受没有知识产权的普通航模级的飞行控制系统。

（2）考虑到飞行器的高效和稳定性，只选择工业级的四旋翼飞行平台。相对于普通航模多旋翼，工业级的四旋翼由于采用了专业的低速大扭矩外转子无刷电机及专业无人机桨，另外，在无人机机身材料方面采用了航空碳纤维高强度材料，确保无人机的高效和稳定性会更好。

（3）考虑到执法数据的定量性分析，机载的相机和云台需要配置航测级的相机和云台。

（4）地面站软件套装：航点、航线编辑软件，可根据地面分辨率、相机参数等自动规划航线，遥测数据监测与回放软件（必须具备），飞行记录仪（黑匣子）分析软件（必须具备）。

可基于GIS数据规划用于自动驾驶的3D航线和空中航点、航线任务

自动航摄设计软件，给定分辨率、航高和摄区范围等参数，自动生成航线和曝光点。航线和航点无限制。

（5）垂直起降。工作温度-20-50℃，工作温度5%-60%。抗风10m/s。

（6）全系统外场展开迅速，现场展开和组装的时间小于5分钟，全套产品装箱后，要求满足普通轿车就可以运输，可方便地携带着全套装箱产品坐火车和飞机，满足具有车载大范围机动和携行能力。

（7）全碳纤维机身，机身自重：2850g，标准载重：1000-2000g
最大载重：5000g，留空时间：30-60分钟，最大飞行高度：1000m
最大工作海拔：5000m，最大风力：12m/s，最大雨量：暴雨

多节点集群运算全自动三维建模无人机数据处理和执法应用软件

多节点集群运算全自动三维建模无人机数据处理PPSG PRO软件

（可见光和红外都可以处理）

3.2 PPSG 软件介绍

PPSG 是目前市场上非常优秀的集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理软件。独特的算法，智能化程序最高、无需人工干预，可以现场快速实现高清晰一张图影像成果，具有空三，平差，dem/dom/dsm,正射纠正和镶嵌匀色、且具有独特的空三和倾斜摄影功能模块，不仅支持红外、热红外及任何多光谱影像数据的处理，更为独特的相机参数自检校功能可以满足高精度的低空摄影测量。

3.3  PPSG 产品优势

算法严谨       具备先进的算法和严谨的运算模型。

功能完备       无需任何第三方软件即可对各种航测遥

感影像进行空三、平差、正射影像编辑、

    支持多机并行集群运算，无数据量限制。从几分钟到几小时，就可以处理从小范围到中、大范围的数据。快速生成一张图。

制作专题地图等功能；

功能的模块化    操作便捷。所有软件操作均十分简单，无需复杂设置

稳定自动        所有运算过程均自动、稳定完成，并最大化地应用计算机资源，数据处理时可调用计算机GPU资源。

精确可靠        应用PPSG 处理结果精度可达0.1个像元，数据处理后同时提供全方位质量检

验的质量报告，保证处理结果的可靠性。

兼容性强        强大的数据格式支持和转换能力。可以支持众多栅格影像数据和矢量数据。

完整的成果      完备的数据生产成果。可生成DEM、DSM、DOM、3D模型、3D 矢量数据等

硬件亲民        极好硬件设备兼容性。可兼容各品牌计

算机、显示器、3D鼠标等。

3.4  PPSG 功能优势

系统具备影像快速处理功能、高自动化定向计算、超快速的影像匹配处理、高度自动化生产3D产品的全部实用功能，可以生产高精度数字高程模型（DEM），高质量数字正射影像图（DOM）和数字栅格地图（DSM），具体功能如下：

1 基本数据管理

基本数据、影像的输入和输出；各种参数设置；图廓整饰与图件输出；被测物体三维立体景观显示；各种过程的批处理； 基本的影像处理功能；不同网络密度的质量控制与质量报告；

2定向计算与影像匹配

全自动内定向；全自动相对定向；全自动绝对定向；影像匹配预处理；影像匹配；

3 正射影像生成

自动生成数字正射影像；

3.5  PPSG 软件处理流程

1、影像导入，对齐照片（现场快速检查）

一旦创建了项目，首先把影像原始数据导入，对齐照片是用于快速评估数据集的质量。

2、建立高密度点云（空三加密）

点击建立高密度点云，就可以自动进行空三加密了。

3、DSM和正射影像的生成

以上过程可实现全自动化。高精度的数据处理

3.6 三维影点无人机土地监测执法系统数据展示及分析和应用客户端软件（多维数据数字土地监测执法和监测应用和分析软件）

多维数据数字土地监测执法和土地监测监测应用和分析PPSG Viewer软件支持离线使用土地监测现场分析、飞行空中浏览、土地监测执法点等标绘、各种数据格式转换等。

具体功能：

*（1）全方面的二三维数字土地监测地理数据浏览能够方便地对二维、三维地理数据（包括地形、影像、矢量数据）进行浏览。支持的数据格式包括：影像（*.tiff、*.img、*.lrp等格式）、地形（*.tiff、*.img、*.lrp等栅格数据格式）和矢量数据（*.shp、*.kml、*.tab等格式）。

*（2）快速的数字土地监测三维模型、土地监测执法场景浏览

能够快速的浏览土地监测执法现场的多维数据，支持大批量数据的三维场景浏览，包括自然地物及人工设施。速度快、场景精细，是GIS的三维可视化功能的优秀体现。支持的三维模型数据格式包括*.3ds、*.obj、*.dae等格式。

*（3）领先的多维数据浏览

支持的多维数据的加载和浏览

*（4）灵活的飞行空中浏览模式

具备当今三维GIS技术领先的飞行浏览技术，支持土地监测执法场景的飞行浏览和多视角浏览和查看。用户可以很方便地控制、修改浏览线路和飞行速度。

*（5）便捷的土地执法标绘、测量、分析

可以方便地添加土地监测执法点标注、绘制线面、距离测量、高度测量、三角测量和面积测量，进行一系列分析如通视分析、可视域分析、雷达分析、填挖方分析、剖面分析和淹没演示分析等

*（6）、软件中可以在土地监测执法现场快速标注和实现对土地监测执法现场的勾图，并现场计算执法现场的面积、体积等各种数据成果，并实现现场快速出图，现场直接输出的一张图的成果包含影像、土地违法区域线划、面积、体积等多元执法数据，实现土地监测执法有据可依，有据可查。

直接输出土地监测执法一张图：

三、技术培训及售后服务

（一）技术培训

1、培训目的

使业主能对整个系统全面了解，熟练掌握设备和软件系统操作，熟悉日常维护工作，有能力处理一般性问题，并消除系统因使用或操作不当而引起的故障，减少突发故障的发生。

2、培训内容

培训内容可分为面向操作人员和面向管理人员两类。前者注重实际操作，后者偏重系统整体结构、功能和管理等。

面向操作人员的培训内容主要包括：

各子系统的理论基础原理结构；

设备、软件的使用；

维护规程及简单故障判定排除。

面向管理人员的培训内容主要包括：

系统总体结构及各子系统相互间的关系；

系统重要参数的设定和修改；