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編輯推薦
本書集中瞭作者及其研究團隊近年來在無人機測繪領域的研究成果,在係統歸納無人機測繪的基本理論和方法的基礎上,重點對無人機任務規劃、目標定位與跟蹤、測繪成圖、應急快速成圖、基於無人機影像的三維重建和空中全景監測等相關技術及其應用進行瞭深入的探討。全書共分8章,第1章是緒論,介紹瞭無人機的基本概念、組成和發展現狀,對無人機測繪的概念和係統組成進行瞭論述。第2章詳細介紹瞭無人機係統的工作原理。第3章重點介紹瞭測繪任務載荷和地麵控製站等無人機測繪任務設備,歸納總結瞭任務設備的發展方嚮。第4章研究瞭無人機的任務規劃,將無人機航綫分為任務航綫和突防航綫,並給齣瞭相應的規劃算法。第5章分彆研究瞭基於航空攝影測量作業流程無人機測繪成圖以及在地麵控製點和高精度位置姿態測量參數缺乏的情況下的應急快速成圖的基本理論和方法。第6章研究瞭基於無人機序列影像的目標實時定位與跟蹤技術。第7章引入計算機視覺理論,闡述瞭基於無人機影像的地麵模型三維重建技術,給齣瞭對重建模型進行地理配準的方法。第8章研究瞭基於無人機的空中全景監測的理論和方法,並給齣瞭空中全景數據與地理空間數據融閤的方法。
內容簡介
本書在係統歸納無人機測繪的基本理論和方法的基礎上,重點對無人機任務規劃、目標定位與跟蹤、測繪成圖、應急快速成圖、基於無人機影像的三維重建和空中全景監測等相關技術及其應用進行瞭深入的探討。本書在係統歸納無人機測繪的基本理論和方法的基礎上,重點對無人機任務規劃、目標定位與跟蹤、測繪成圖、應急快速成圖、基於無人機影像的三維重建和空中全景監測等相關技術及其應用進行瞭深入的探討。
作者簡介
萬剛,解放軍信息工程大學地理空間信息學院教授,博士生導師,“夏堅白測繪事業創業與科技創新奬”獲得者,榮獲國傢科技進步二等奬2項、軍隊科技進步一等奬3項。
目錄
第1章緒論
§1.1 無人機的基本概念
§1.2 無人機係統的基本組成
§1.3 無人機的發展
§1.4 無人機測繪的基本概念
§1.5 無人機測繪係統
第2章無人機係統工作原理
§2.1 空氣動力學基礎
§2.2 飛艇空氣靜力學基礎
§2.3 無人飛行器構造
§2.4 無人機動力係統
§2.5 無人機飛行控製係統
§2.6 無人機發射與迴收
§2.7 無人機數據鏈路
第3章無人機測繪任務設備
§3.1 測繪任務載荷
§3.2 測繪無人機地麵控製與處理站
第4章無人機測繪任務規劃
§4.1 無人機測繪任務規劃的內容
§4.2 無人機測繪任務航綫規劃
§4.3 顧及威脅因素的無人機航綫規劃
第5章無人機測繪成圖技術
§5.1 概述
§5.2 無人機正射影像圖製作流程
§5.3 無人機航攝影像的質量評價與預處理
§5.4 航攝影片的解析基礎
§5.5 幾何校正
§5.6 立體像對的相對定嚮-絕對定嚮解算
§5.7 無人機影像的空中三角測量
§5.8 圖像配準與融閤
§5.9 應急快速成圖
第6章基於無人機序列影像的目標定位與跟蹤技術
§6.1 概述
§6.2 目標定位
§6.3 運動目標檢測
§6.4 運動目標跟蹤
第7章基於無人機影像的三維重建
§7.1概述
§7.2三維重建的基本流程
§7.3 成像模型與相機標定
§7.4 極綫幾何和基礎矩陣
§7.5 結構與運動恢復
§7.6 三維模型錶麵重建與紋理映射技術
§7.7 基於計算機視覺的三維重建實例
第8章基於無人機的空中全景監測
§8.1概述
§8.2 全景圖像數據的采集
§8.3 魚眼鏡頭成像校正
§8.4 全景圖的投影
§8.5 空中全景數據與地理空間數據融閤
參考文獻
精彩書摘
本書集中瞭作者及其研究團隊近年來在無人機測繪領域的研究成果,在係統歸納無人機測繪的基本理論和方法的基礎上,重點對無人機任務規劃、目標定位與跟蹤、測繪成圖、應急快速成圖、基於無人機影像的三維重建和空中全景監測等相關技術及其應用進行瞭深入的探討。全書共分8章,第1章是緒論,介紹瞭無人機的基本概念、組成和發展現狀,對無人機測繪的概念和係統組成進行瞭論述。第2章詳細介紹瞭無人機係統的工作原理。第3章重點介紹瞭測繪任務載荷和地麵控製站等無人機測繪任務設備,歸納總結瞭任務設備的發展方嚮。第4章研究瞭無人機的任務規劃,將無人機航綫分為任務航綫和突防航綫,並給齣瞭相應的規劃算法。第5章分彆研究瞭基於航空攝影測量作業流程無人機測繪成圖以及在地麵控製點和高精度位置姿態測量參數缺乏的情況下的應急快速成圖的基本理論和方法。第6章研究瞭基於無人機序列影像的目標實時定位與跟蹤技術。第7章引入計算機視覺理論,闡述瞭基於無人機影像的地麵模型三維重建技術,給齣瞭對重建模型進行地理配準的方法。第8章研究瞭基於無人機的空中全景監測的理論和方法,並給齣瞭空中全景數據與地理空間數據融閤的方法。
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前言/序言
無人機即無人駕駛飛機(unmanned aerial vehicle,UAV),是一種由動力驅動,機上無人駕駛、可重復使用的航空器.進入21世紀後,無人機用途不斷擴大,已經成為一種新型的空中平颱,在國民經濟建設和現代戰爭中發揮著越來越重要的作用.因此,無人機及其相關技術研發與應用研究引起瞭各國的高度重視,無人機的發展進入瞭一個嶄新的時代。 在測繪領域,僅靠衛星和有人機難以快速、及時和全方位地獲取環境信息,基於無人機平颱的測繪技術正是這一缺陷的有效補充手段,具有飛行高度低、分辨率高、獲取數據快速等特點,能夠滿足實時性的要求,所獲取的高分辨率遙感圖像等數據對於地理信息處理和應用具有重要的意義.無人機測繪技術已經成為測繪科學與技術領域研究的熱點,但由於測繪無人機飛行環境的復雜性以及無人機本身性能的限製,導緻無人機測繪存在著獲取數據幅寬較小、數據量巨大、重疊度不規則且傾角過大、導航定位與姿態測量係統(positionandorientationsystem,POS)信息不夠精確等問題.無人機測繪的這些特點,給傳統測繪技術帶來瞭新的挑戰,必須針對無人機測繪的特點在技術和方法上有所突破和創新。 本書集中瞭作者及其研究團隊近年來在無人機測繪領域的研究成果,在係統歸納無人機測繪的基本理論和方法的基礎上,重點對無人機任務規劃、目標定位與跟蹤、測繪成圖、應急快速成圖、基於無人機影像的三維重建和空中全景監測等相關技術及其應用進行瞭深入的探討.全書共分8章,第1章介紹無人機的基本概念、組成和發展現狀,對無人機測繪的概念和係統組成進行論述;第2章詳細介紹無人機係統的工作原理;第3章重點介紹測繪任務載荷和地麵控製站等無人機測繪任務設備,歸納總結任務設備的發展方嚮;第4章研究無人機的任務規劃,將無人機航綫分為任務航綫和突防航綫,並給齣相應的規劃算法;第5章研究基於航空攝影測量作業流程的無人機測繪成圖,以及在地麵控製點和高精度位置姿態測量參數缺乏情況下的應急快速成圖的基本理論和方法;第6章研究基於無人機序列影像的目標實時定位與跟蹤技術;第7章引入計算機視覺理論,闡述基於無人機影像的地麵模型三維重建技術,給齣對重建模型進行地理配準的方法;第8章研究基於無人機的空中全景監測的理論和方法,並給齣空中全景數據與地理空間數據融閤的方法。 本書由萬剛、餘旭初負責設計全書結構、內容並編稿.萬剛負責第1章的編寫,曹雪峰編寫第2、3章,熊自明編寫第4、5章,餘旭初負責第6章的編寫,布樹輝負責第7章的編寫,李科編寫第8章.講師張鵬強、李鋒也付齣瞭大量努力,研究生馬躍龍、張宗佩、張偉、譚熊、楊振發、李欽、王慶賀、謝理想、楊富民、閆鶴、廖晉民、馬偉、趙勇、王旭斌、何必、程少光、韓鵬程、張親衛等人在插圖和錶格繪製中做瞭大量工作,在此一並感謝。 由於作者水平有限,加之時間倉促,書中不妥之處在所難免,懇請讀者不吝批評指正。
《空間信息獲取與數字孿生技術前沿研究》 書籍簡介 本書係統梳理瞭當前空間信息獲取、處理與應用領域的前沿技術與發展趨勢,重點聚焦於高精度三維重建、實時數據融閤、以及數字孿生體構建與應用的關鍵技術挑戰與解決方案。全書內容緊密圍繞“從數據到洞察”的核心目標,旨在為地理信息科學、測繪工程、城市規劃、環境監測以及智能製造等領域的科研人員、工程師和高級學生提供一份全麵而深入的技術參考。 第一部分:高精度空間數據獲取與處理 本部分深入探討瞭新一代空間信息采集設備的原理、性能優化與應用策略。 第一章:下一代傳感器技術與數據融閤 本章詳細分析瞭多源異構傳感器(包括高分辨率衛星、傾斜攝影測量係統、激光雷達LiDAR、以及新興的短基綫雷達乾涉測量SB-InSAR)的工作機製和技術局限。重點闡述瞭如何通過先進的幾何模型和輻射校正技術,實現不同尺度、不同成像模式數據的精確配準與融閤。內容涵蓋瞭GNSS/INS組閤導航係統的誤差模型分析與實時動態定位技術,特彆是針對復雜城市峽榖環境和高動態場景下的數據質量控製方法。此外,探討瞭利用深度學習框架對傳感器原始數據進行噪聲抑製、特徵增強和目標識彆的新範式。 第二章:大規模點雲數據的高效組織與管理 針對海量三維點雲數據帶來的存儲、傳輸和可視化挑戰,本章提齣瞭多層次、自適應的數據組織策略。首先介紹瞭基於空間索引結構(如八叉樹、KD樹、R樹的改進變體)的點雲數據管理技術,確保快速範圍查詢和鄰域搜索。隨後,深入討論瞭點雲數據的簡化(Simplification)、去噪(Denoising)和特徵提取算法,包括法嚮量估計的魯棒性增強、邊緣和平麵特徵的自動提取。特彆關注瞭異構點雲數據(如RGB-D數據與LiDAR數據的融閤點雲)的統一錶示模型和高效渲染技術,為後續的建模和分析奠定基礎。 第三部分:三維場景建模與語義理解 本部分聚焦於如何將獲取的原始空間數據轉化為具有幾何精度和語義豐富度的數字模型。 第三章:基於深度學習的城市級三維重建 本章係統介紹瞭從二維圖像和三維點雲中自動生成高精度三維模型的關鍵算法。詳細解析瞭基於結構光、多視幾何(Structure from Motion, SfM)與多視圖立體視覺(Multi-View Stereo, MVS)的最新進展,尤其是針對紋理稀疏或重復區域的魯棒性提升方法。在語義理解方麵,重點闡述瞭麵嚮城市設施(如建築立麵、道路設施、植被)的語義分割與分類技術。采用瞭先進的捲積神經網絡(CNN)和圖神經網絡(GNN)模型,實現瞭點雲和體素數據的自動語義標注,使得三維模型具備可查詢、可分析的屬性信息。 第四章:精細化BIM/CIM模型生成與集成 本章探討瞭如何將傳統測繪成果升級為支持全生命周期管理的建築信息模型(BIM)或城市信息模型(CIM)。闡述瞭從激光掃描點雲中自動提取建築特徵綫、識彆平麵和垂直結構,並生成符閤行業標準(如IFC格式)的參數化模型的流程。內容包括基於規則的幾何約束優化、模型精度評估標準以及如何將傾斜攝影數據與BIM模型進行空間對齊和信息集成。這為基礎設施的數字化運維和城市規劃的精細化仿真提供瞭技術支撐。 第三部分:數字孿生體的構建與應用 本部分是全書的核心,探討瞭如何利用空間信息技術構建實時、動態的數字孿生係統,並實現高級彆的仿真與決策支持。 第五章:實時數據驅動的數字孿生建模 本章界定瞭數字孿生體的核心要素:物理實體、數字映射、數據交互和服務。重點研究瞭如何建立低延遲、高可靠性的數據集成平颱,連接物理世界傳感器數據與數字模型。詳細分析瞭時間同步技術、數據驅動的幾何更新算法,以確保數字模型能夠實時反映物理實體的狀態變化。內容包括基於物聯網(IoT)平颱與空間數據庫的空間實時同步機製。 第六章:麵嚮復雜係統的仿真與預測 數字孿生的價值在於其仿真與預測能力。本章深入探討瞭如何將電磁場分析、流體力學模擬(CFD)等專業仿真模型嵌入到高精度三維數字環境中。研究瞭多物理場耦閤仿真中的空間插值技術和網格自適應重構方法,以提高仿真效率和精度。此外,探討瞭利用曆史空間數據和機器學習模型,對交通流量、環境擴散、能源消耗等復雜城市係統進行概率性預測,為智慧城市管理提供量化決策依據。 第七章:人機交互與沉浸式可視化 本章關注數字孿生係統的最終呈現與用戶體驗。介紹瞭基於虛擬現實(VR)、增強現實(AR)和混閤現實(MR)技術的沉浸式可視化方案,實現對復雜三維場景的直觀操作和現場指導。內容包括三維地理信息係統(3D GIS)在Web端和移動端的輕量化部署技術,以及如何設計符閤人類認知負荷的交互界麵,使用戶能夠便捷地查詢、分析和修改數字孿生體中的空間信息和仿真結果。 總結與展望 本書最後對空間信息技術未來的發展方嚮進行瞭展望,特彆是強調瞭邊緣計算、量子傳感技術對空間數據獲取效率的潛在顛覆性影響,以及聯邦學習在保護空間數據隱私前提下的跨部門協同應用前景。本書緻力於提供一個跨越傳統測繪邊界,直達空間智能應用前沿的知識框架。