IEEE 1937.11-2023
Стандарт IEEE технических требований к фотограмметрии полярных координат на основе беспилотных авиационных систем
- Стандартный №
- IEEE 1937.11-2023
- Дата публикации
- 2023
- Разместил
- Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
- Последняя версия
- IEEE 1937.11-2023
- сфера применения
-
Обзор технической структуры стандарта IEEE 1937.11
IEEE Std 1937.11™-2023 — ключевой технический стандарт, разработанный Комитетом по стандартам связи беспилотных транспортных средств IEEE. Он конкретно рассматривает технические требования к полярной координатной фотограмметрии для беспилотных воздушных систем (UAS). Утвержденный Комитетом по стандартам IEEE SA 21 сентября 2023 года, этот стандарт предоставляет полную стандартизированную структуру для обработки фотограмметрических данных в полярных координатах.
Предпосылки разработки стандартов и технологического развития
Традиционные методы фотограмметрии в основном основаны на декартовой системе координат. Однако при обработке глобальных данных дистанционного зондирования полярная система координат более адаптируема к требованиям сбора, организации, хранения и отображения данных в регионах с различными широтами и долготами. Благодаря быстрому развитию технологий дистанционного зондирования с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) полярная координатная фотограмметрия стала ключевым техническим подходом для обработки крупномасштабных геопространственных данных.
Технические характеристики Традиционная фотограмметрия Фотограмметрия в полярных координатах Технические преимущества Система координат Декартова система координат Полярная система координат Более подходит для глобальной обработки данных Геометрические основы Евклидова геометрия Проективная геометрия Уменьшение распространения ошибок преобразования координат Обработка данных Сегментированная обработка Интегрированная обработка Повышение эффективности и точности обработки Область применения Локальная область Глобальная область Расширенные области применения
Основные терминологические определения и требования стандартизации
Стандарт четко определяет ключевые термины в полярной координатной фотограмметрии, предоставляя единую семантическую основу для технической реализации:
Представление точек объекта в полярных координатах
В полярной системе координат точки объекта параметризуются с помощью трех параметров: азимута, высоты и параллакса. Этот метод представления лучше соответствует геометрическим характеристикам фотограмметрии и позволяет избежать потери точности при преобразовании координат.
Модель полярных координат
Уравнение коллинеарности полярных координат устанавливает проективное отношение между пикселями и точками объекта в полярной системе координат, обеспечивая основу математической модели для последующей аэротриангуляции и плотного сопоставления.
Цифровая модель рельефа (ЦМР)
Стандарт определяет ЦМР как физическую модель земной поверхности, которая использует упорядоченный числовой массив для представления рельефа земной поверхности и является важной основой данных для ортотрансформирования.
Подробное объяснение спецификаций операции полярно-координатной фотограмметрии
Технические требования к сбору данных
На этапе сбора данных необходимо строго следовать стандартизированным процессам, таким как исследование участка, анализ условий наблюдения, осмотр оборудования, планирование маршрута и расположение контрольных точек:
Ссылка для сбора Технические требования Индикаторы контроля качества Точки реализации Обследование участка Сбор топографической и геоморфологической информации Полнота ≥95% Включает информацию, необходимую для взлета, посадки и планирования маршрута Анализ окружающей среды Оценка высоты полета Ошибка точности <5% Высота полета БПЛА должна быть больше местной высоты. Осмотр оборудования Калибровка аэрофотокамеры Точность калибровки ≤ 0,1 пикселя См. стандарт IEEE Std 1936.1™-2021 Схема расположения контрольных точек d>Рационально распределите контрольные точки Не менее 5 на 0,3 км² Равномерно распределите, избегайте приближения к краю съемки область Технология извлечения признаков изображения
Модуль извлечения признаков включает в себя четыре подмодуля: расчет топологии изображения, расчет направления полета с помощью GPS, извлечение соответствующих точек изображения и обнаружение выбросов:
Когда вспомогательные сигналы GPS недоступны, система использует приблизительную структуру данных ближайшего соседа (ANN) для быстрого сопоставления изображений в базе данных признаков и создания таблицы взаимосвязей между ними. Для изображений с дронов, содержащих сигналы GPS или IMU, хотя точность сигнала невысока, их можно использовать в качестве вспомогательной информации для прямого расчета топологии изображения при низких вычислительных затратах.Полярная координатная воздушная триангуляция
Это основное техническое содержание стандарта, использующее методы корректировки пучка в полярных координатах для достижения точной воздушной триангуляции:
Инициализация использует инкрементную корректировку пучка (BA), получая внешние параметры камеры путем непрерывного добавления новых изображений. Сначала используется метод самокалибровки для калибровки параметров искажения камеры. Затем центральное изображение выбирается в качестве первого изображения. Соседние изображения добавляются на основе топологии изображения, и рассчитывается геометрическая поза между двумя парами изображений для создания первого подизображения.
Представление признаков Трёхмерные точки признаков представляются с использованием параметров полярных координат: Fj = [φj θj ρj]T, где φj представляет азимут, θj представляет высоту, а ρj представляет полярный радиус. Этот метод представления больше соответствует геометрическим характеристикам фотограмметрии.
Вычисление признаков обеспечивает точные вычисления за счёт корректировки уравнений наблюдения для трёх геометрических ситуаций. Наконец, для расчёта окончательных оптимальных признаков используется метод глобальной корректировки пучка в локальной полярной системе координат.
Рекомендации по внедрению и примеры технического применения
Процесс внедрения стандартизации
Рекомендуется внедрять стандарт IEEE 1937.11 следующим образом:
1. Этап предварительной подготовки: выполните калибровку оборудования, оценку окружающей среды и планирование маршрута, чтобы гарантировать соблюдение технических параметров, требуемых стандартом.
2. Этап сбора данных: строго выполняйте сбор данных в соответствии с требованиями Раздела 4.1, чтобы гарантировать качество изображения и пространственный охват.
3. Этап обработки данных: последовательно выполните извлечение признаков, воздушную триангуляцию, плотное сопоставление и ортотрансформирование. Выходные данные каждого этапа должны соответствовать требованиям стандарта.
4. Этап управления данными: Принимая согласованность системы координат фотограмметрии полярных координат и данных пространственной сетки долготы и широты, данные организуются и управляются с помощью кодирования пространственной сетки.
Типичные сценарии применения
Технология фотограмметрии полярных координат предлагает значительные преимущества в следующих сценариях:
Крупномасштабное топографическое картографирование: Применимо к глобальным проектам топографического картографирования, полярная система координат лучше адаптируется к потребностям обработки данных различных регионов долготы и широты.
Полярные научные исследования: При проведении мониторинга дистанционного зондирования в полярных регионах полярная система координат обеспечивает более точное представление геопространственных данных.
Городское планирование и управление: Предоставление высокоточной трехмерной географической информации, основополагающих данных для умных городов, поддержка усовершенствованного городского управления и планирования.
Технические проблемы и тенденции развития
Хотя стандарт IEEE 1937.11 предоставляет полную техническую основу для полярной координатной фотограмметрии, он по-прежнему сталкивается с некоторыми проблемами в практическом применении:
Вычислительная сложность: алгоритмы обработки данных в полярной системе координат относительно сложны и требуют поддержки высокопроизводительной вычислительной платформы.
Слияние данных: эффективный синтез данных полярных координат с традиционными данными декартовых координат по-прежнему требует дальнейших исследований.
Продвижение стандартизации: необходимо усилить популяризацию и обучение стандарта для повышения осведомленности отрасли и принятия стандарта.
Будущие тенденции развития включают объединение с технологией искусственного интеллекта для повышения уровня автоматизации извлечения и сопоставления признаков; объединение с технологией связи 5G/6G для достижения передачи и обработки данных в реальном времени; и интеграция с другими стандартами географической информации для формирования полной системы обработки геопространственной информации.
Заключение
Разработка стандарта IEEE Std 1937.11™-2023 предоставляет комплексные технические характеристики и рекомендации по внедрению для полярно-координатной фотограмметрии на основе беспилотных летательных аппаратов. Благодаря использованию полярной системы координат этот стандарт эффективно устраняет ограничения традиционной фотограмметрии при обработке крупномасштабных геопространственных данных, уменьшает распространение ошибок при преобразовании координат и повышает эффективность и точность обработки данных.
Внедрение этого стандарта будет способствовать стандартизированной разработке технологий дистанционного зондирования с использованием БПЛА и обеспечит более надежную и эффективную техническую поддержку для отрасли геоинформатики. По мере дальнейшего развития и совершенствования технологий полярно-координатная фотограмметрия будет играть важную роль во все большем количестве областей, обеспечивая прочную техническую основу для построения цифрового Китая и умных городов.
IEEE 1937.11-2023 История
- 2023 IEEE 1937.11-2023 Стандарт IEEE технических требований к фотограмметрии полярных координат на основе беспилотных авиационных систем
