教程：使用 ArcGIS Pro 正射映射创建无人机影像产品—ArcGIS Pro

在 Standard 或 Advanced 许可等级下可用。

适用于具有 ArcGIS Reality 许可的 ArcGIS 组织。

在 ArcGIS Pro 中，您可以使用摄影测量法校正无人机影像，以消除由传感器、平台和地形位移引起的几何变形。去除这些变形后，即可生成正射映射产品。

首先，您将设置正射映射工作空间来管理无人机影像集合。接下来，您将执行区域网平差，然后使用地面控制点进行优化平差。最后，生成数字地形模型 (DTM) 和正射校正镶嵌图像或正射镶嵌图像。

正射映射需要有关相机的信息，包括焦距和传感器大小，以及各影像的拍摄位置。此信息通常作为元数据存储在影像文件的 EXIF 标头中。了解 GPS 精度信息，也很非常有用。对于无人机影像，此信息应由无人机制造商提供。本教程中示例数据集的 GPS 精度优于 5 米。

许可：

需要 ArcGIS Pro 2.6 或更高版本才能完成本教程。

创建正射映射工作空间

正射映射工作空间是 ArcGIS Pro 的子工程，专用于正射映射工作流。它是 ArcGIS Pro 工程文件夹中的容器，用于存储正射映射任务中单个影像集合的资源和派生文件。

本教程提供的集合包含 12 个无人机影像。标注为 GCP 的文件夹包含一个标记为 YVWD_WGS84_EGM96.csv 的地面控制点 (GCP) 文件，以及该站点 GCP 位置的图像。

要创建正射映射工作空间，需要完成以下步骤：

下载教程数据集，将其解压缩，然后将内容保存到 C:\SampleData\Drone_tutorial。
1. 将包解压到 C:\SampleData\Aerial Imagery 目录中。
在 ArcGIS Pro 中，使用 Map 模板创建一个工程，如有必要，请登录 ArcGIS Online 账户。
提高区域网平差的处理速度。
1. 在分析选项卡上，单击环境。
2. 在环境窗口中，找到并行处理因子参数，并根据您的系统更改其值。
  将并行处理因子的值设置得高于系统能够承受的范围，将会导致并行处理失败。通常每个逻辑处理器需要2GB RAM。例如，如果使用 6 核、12 个逻辑处理器和 16GB RAM 的系统，则将并行处理因子设置为 100%，将需要 24GB RAM，才能成功运行。基于此示例，更适合的并行处理因子值为 50%，这将需要大约 12GB RAM。
在影像选项卡的正射映射组中，单击新建工作空间下拉菜单并选择新建工作空间。
在工作空间配置窗口中，输入工作空间的名称。
单击类型下拉菜单，选择无人机。
单击底图下拉菜单，然后选择地形图。
接受所有默认值，然后单击下一步。
随即出现影像集合窗口。
在影像集合窗口中，单击传感器类型下拉菜单，然后选择通用。
使用此选项是因为影像是使用 RGB 相机收集的。
单击添加，浏览到教程数据位置，然后选择影像文件夹。

注：

大多数现代无人机将 GPS 信息存储在 EXIF 标头中。这将用于自动填充如下所示的表格。但是，某些较早版本系统或定制无人机可能将 GPS 数据存储在外部文件中。在这种情况下，可以使用地理位置参数旁边的导入按钮

导入外部 GPS 文件。

确保工作空间空间参考和相机模型值正确。
工作空间的默认投影基于影像的纬度、经度和高度。此投影确定您的正射产品的空间参考，包括正射镶嵌和 DEM。对于该数据集，您将使用默认投影。
单击空间参考按钮。
单击下一步。
接受数据加载程序选项窗口中的所有默认设置，然后单击完成。
- 如果您可以访问 Internet，则高程源值派生自世界高程服务。这提供了每个影像的飞行高度的初始估计值。
- 如果您无法访问 Internet 或 DEM，请从高程源下拉菜单中选择常量高程，然后输入高程值 414 米。
- Flight Height Above Terrain (m) 参数是指影像排除高度，地形上方飞行高度小于该值的影像将不会被包含在工作空间中。
创建工作空间后，将显示影像、无人机路径和影像覆盖区。正射映射容器将被添加到内容窗格，其中将存储源影像数据和派生的正射映射产品。
通过工作空间中影像的初始显示，可以确认是否已提供用于启动工作空间的所有影像和必要的元数据。尚未对影像进行对齐和平差操作，因此镶嵌看起来不正确。

区域网平差

创建正射映射工作空间后，下一步骤是使用平差和优化组中的工具执行区域网平差。区域网平差首先计算连接点，它们是影像重叠区域中的公共点。然后使用连接点计算每个影像的方向，即摄影测量中的外部方向。区域网平差过程可能需要花费几个小时时间，具体取决于计算机设置和资源。

要执行区域网平差，请完成以下步骤：

在正射映射选项卡的校正组中，单击校正。
在平差窗口中，确保选中执行相机校准。
这表示输入焦距为近似值，将在平差时计算镜头畸变参数。对于无人机影像，默认情况下会选中此参数，因为大多数无人机相机尚未校准。对于具有已知校准的高质量相机，不应选中此选项。
相机自标定要求影像集合的条带内重叠大于 60%，跨条带重叠大于 30%。
展开高级选项部分。
确保取消选中仅在粗糙分辨率下快速校正。
如果选中此选项，将以指定的粗糙分辨率执行近似平差。如果未选中此选项，则首先以粗糙分辨率计算连接点，然后以影像源分辨率进行优化平差。由于本教程中的样本数据集较小，因此可以使用一步平差，快速执行平差过程。
选中使用元数据中的方向。
确保选中执行相机校准。
这表示输入焦距为近似值，将在平差时计算镜头畸变参数。对于无人机影像，默认情况下会选中这些选项，因为大多数无人机相机尚未校准。对于具有已知校准的高质量相机，不应选中此选项。
相机自标定要求影像集合的条带内重叠大于 60%，跨条带重叠大于 30%。
确保取消选中修复高精度 GPS 的图像位置。
此选项仅适用于通过差分 GPS 获取的影像，例如实时动态 (RTK) 或后处理动态 (PPK) GPS。
取消选中计算影像的后验标准差复选框。
展开连接点匹配部分。
取消选中修复高精度 GPS 的图像位置。
此选项仅适用于通过差分 GPS 获取的影像，例如实时动态 (RTK) 或后处理动态 (PPK)。
展开连接点匹配部分。
在图像分辨率因子下拉菜单中，选择 8 倍源分辨率。
此参数用于定义计算连接点的分辨率。使用较大的值可以提高平差运行速度。 8 倍源分辨率值适合大多数包含丰富要素的影像。
在影像位置精度下拉菜单中，选择高选项。
GPS 位置精度指示当前通过影像收集并列于相应 EXIF 数据文件中的 GPS 数据的精度等级。这用于在连接点计算算法中确定要使用的邻域中的影像数量。高选项用于 0 到 10 米的 GPS 精度。
接受所有其他默认值，然后单击运行。
执行平差后，Logs 文件将显示统计信息，例如平均重投影误差（以像素为单位），用于表示平差精度、处理影像数量和生成连接点数量。
影像相对精度也得到了提高，并且可以使用产品类别中的选项生成派生产品。要提高生成产品的绝对精度，必须将 GCP 添加到区域网中。

添加 GCP

GCP 是具有已知 x,y,z 地面坐标的点，通常从地面测量中获得，用于确保摄影测量过程在地面上具有参考点。可以在没有 GCP 的情况下应用区域网平差，并且仍然可以确保相对精度，但添加 GCP 可以提高经平差影像的绝对精度。

导入 GCP

要导入 GCP，请完成以下步骤：

在正射映射选项卡上的优化组中，单击管理 GCP 按钮。
GCP 管理器窗口随即出现。
在 GCP 管理器窗口中，单击导入 GCP 按钮。
在导入 GCP 窗口中的 GCP 文件下，浏览并选择 YVWD_WGS84_EGM96.csv 文件，然后单击确定。
在设置 GCP 空间参考下，单击空间参考按钮，然后在空间参考窗口中执行以下操作：
1. 在当前 XY 中，展开地理世界，选择 WGS84。
2. 在当前 Z 中，展开垂直坐标系 > 重力相关 > 世界，选择 EGM96 大地水准面。
在地理变换下，单击垂直选项卡并从下拉菜单中选择 WGS 1984 到 EGM 1996 大地水准面 1。
单击 GCP 照片位置下方的文件夹图标，浏览并选择包含 GCP 位置的图像的文件夹。
单击确定接受更改并关闭空间参考窗口。
在地理变换下，单击水平选项卡并从下拉菜单列表中选择 WGS 1984 (ITRF00) 到 NAD83。
单击 GCP 照片位置下方的文件夹，浏览并选择包含 GCP 位置的图像的文件夹，然后单击确定。
导入 GCP 后，GCP 管理器中的表将被填充。

为所选 GCP 添加连接点

要添加连接点，请完成以下步骤：

在 GCP 管理器窗口中，选择 GCP9。单击查看 GCP 照片按钮，显示 GCP 图像切片，并使用动态范围平差按钮来提高图像对比度。
单击添加连接点按钮，在影像查看器中为每个图像添加一个连接点。
系统将尽可能通过影像匹配算法自动计算其他影像的连接点，但应检查每个连接点的精度。如果未自动识别连接点，请通过在影像中选择适当的位置手动添加连接点。
高亮显示 GCP11 并单击删除 GCP 按钮将其从 GCP 列表中移除。
由于 GCP11 的位置和图像切片缺乏足够上下文，无法准确放置连接点。这个问题说明了在处理元数据时可能遇到的常见挑战。
添加每个 GCP 并使用连接点进行测量后，选择 GCP10，右键单击将其更改为检测点。
这样将提供平差绝对精度的测量值，因为在平差过程中不使用该点。
添加 GCP 和检测点后，必须再次运行平差以合并这些点。单击平差。

查看平差结果

通过分析每个 GCP 的残差，可以在 GCP 管理器窗口中查看平差质量结果。残差表示点的测量位置和计算位置之间的差异。它们以工程空间参考系统的单位进行测量。完成 GCP 平差后，将在“GCP 管理器”表中添加三个新字段（dX、dY 和 dZ），并显示每个 GCP 的残差。可以使用这些值评估平差后的区域网和地图坐标系之间的拟合质量。通过展开 GCP 管理器窗口的残差概述部分来查看残差的均方根误差 (RMSE)。

GCP 管理器窗口中的 GCP 残差