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1.内容简介

    本书以新型城镇化与新农村建设中的应急测绘和按需测绘需求为背景，以空地一体化为核心技术手段，以实现快速精细化成图为研究目标，通过编著者十余年潜心研究与3S技术集成开发，构建并形成了空地一体化的快速成图技术体系。第一章绪论全面阐述课题研究背景，提出了空地一体化的快速成图构想；第二章从理论到技术两个层面构建空地一体化快速成图系统的框架体系与业务流程；第三章着重研究了空地一体化快速成图的若干关键技术，为系统集成开发做了理论和技术上的铺垫；第四章研究空地一体化的快速成图系统集成方案及软硬件实现；第五章为系统试验测试与示范区实际应用；第六章对课题研究内容和成果进行总结，提出未来进一步研究的方向。

    本书汇聚了东南大学测绘学科和仪器学科“十二五”期间承担的项目研究成果，可作为高等院校测绘类或相关专业本科生的教辅用书，也可作为测绘工程、国土资源调查、位置服务等相关专业技术人员的参考用书。

2.前言

    国家各项经济建设都离不开大中比例尺基础图件的支撑。随着新农村建设和新型城镇化进程的加快推进，各种地形图产品需求急速扩大带来的用图矛盾日益突出。目前，获取地形图产品主要来源于卫星遥感、传统航空摄影、新型低空遥感以及常规数字化测绘等技术手段。然而任何单一手段都有其应用的局限性，难以满足当前快速获取大中比例尺基础图件的实际需求。

编著者长期从事GNSS卫星定位、地籍测量学方面的教学与研究工作，之后又从事国土资源调查监测、3S技术集成开发方面的课题科研工作，主持/参与了“十二五”国家科技支撑计划多个课题的研究，提出了空地一体化快速成图的理论和方法，并对系统集成及软件开发中的关键技术展开研究，取得了一系列的科研成果，其中不少成果来源于王庆教授领衔的“国土资源精准调查与动态监测技术”创新团队（2013年科技部颁发证书）。为了更好地总结凝炼，有必要编写一本集中反映“空地一体化成图技术”的学术专著，以飨读者。

    全书共分为六章，第一章至第三章、第五章至第六章由东南大学吴向阳副教授编著，江西核工业测绘院刘义志高级工程师参编；第四章由东南大学王庆教授、王慧青副教授共同编写。吴向阳绘制了全书插图并统一修改定稿。在编写过程中，编著者参考并引用了创新团队硕博研究生的相关论文材料，对研究生们参与的课题研究工作深表谢意。本书的出版得到了东南大学交通学院和东南大学出版社给予的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。

    书中部分图片等资料取自互联网，笔者一般都注明了出处，但部分资料出处难以追溯，可能未标明，还请读者和相关作者谅解。由于编著者学识水平有限，虽然我们尽了很大努力，书中难免存在不少缺点和缪误不妥之处。在此，恳请各位同仁批评指正，编著者将不胜感谢。

                                                               编著者

                                                           2020年6月于南京

3.目录

第一章绪论1

1.1研究背景及意义1

1.1.1空地一体化成图的必要性1

1.1.2空地一体化成图的概念及意义3

1.2研究现状及存在问题3

1.2.1无人机航测成图技术4

1.2.2地面数字化测绘技术5

1.2.3空地一体化成图技术11

1.3课题研究内容及结构14

1.3.1课题来源14

1.3.2研究内容14

第二章空地一体化快速成图系统架构研究16

2.1系统体系结构16

2.1.1理论体系结构16

2.1.2技术体系结构18

2.2系统架构与集成设计21

2.2.1无人机低空遥感信息采集子系统23

2.2.2无人机低空遥感信息处理子系统23

2.2.3地面GPS/TS/PAD快速定位测图子系统24

2.2.4地面FOG/TS/PDA快速定向测图子系统24

2.3系统业务流程25

2.3.1UAV航测成图业务流程25

2.3.2地面GPS/TS/FOG测图业务流程28

2.3.3系统集成后的总体流程29

2.4本章小结30

第三章空地一体化快速成图关键技术研究31

3.1UAV机载影像传感器改进技术31

3.1.1国内无人机普遍搭载使用的相机32

3.1.2几种适合无人机搭载的新型相机32

3.1.3几种相机用于无人机测量的比较34

3.1.4无人机航摄相机改进及配置的关键35

3.2UAV机载超轻型POS辅助空三技术36

3.2.1概述37

3.2.2基于UAV的GPS辅助空三技术37

3.2.3基于UAV的POS辅助空三技术45

3.2.4POS系统误差分析与减弱措施51

3.3复杂环境下的GPS/TS组合定位技术53

3.3.1单站差分模式下的GPS RTK快速定位53

3.3.2网络差分模式下的GPS RTK快速定位56

3.3.3GPS非差精密单点定位技术65

3.3.4GPS/TS组合定位算法73

3.4信号盲区下的FOG/TS组合定向技术80

3.4.1光纤陀螺仪寻北原理80

3.4.2FOG/TS组合定向算法82

3.4.3数值仿真与试验测试85

3.5三维激光扫描成图技术88

3.5.1三维激光扫描技术简介88

3.5.2点云数据处理算法94

3.5.3二维与三维成图方法102

3.6本章小结105

第四章空地一体化快速成图系统集成开发106

4.1概述106

4.1.1需求分析107

4.1.2系统集成方案108

4.2系统集成中的关键技术实现110

4.2.1大容量无人机影像图高效压缩软件开发110

4.2.2面向嵌入式GIS的无人机影像图快速显示115

4.2.3GPS/TS组合定位系统设计与实现119

4.2.4FOG/TS定向软件设计与开发123

4.3系统集成中的硬件设备改造128

4.3.1超棱镜设计与改造129

4.3.2数字通信模块设计与研制130

4.3.3FOG接合器设计与安装136

4.4本章小结138

第五章试验验证与实际应用140

5.1试验应用总体概况140

5.1.1子系统改进的试验测试140

5.1.2集成系统的实际应用141

5.2试验测试及精度检验141

5.2.1测试概况142

5.2.2测试方案142

5.2.3测试结果143

5.3实际应用及效果评价144

5.3.1北京示范区应用145

5.3.2上海示范区应用148

5.3.3应用效果评价150

5.4本章小结152

第六章总结与展望154

6.1课题主要研究工作154

6.2主要创新点155

6.3研究展望155

参考文献157