無(wú)人機(jī)航測(cè)與傳統(tǒng)測(cè)量的比較，無(wú)人機(jī)在項(xiàng)目外業(yè)中的應(yīng)用

一、無(wú)人機(jī)航測(cè)與傳統(tǒng)測(cè)量的比較

傳統(tǒng)的測(cè)繪專業(yè)，給每個(gè)人的第一印象就是一個(gè)人身上背著儀器，肩膀扛著三腳架，翻山越嶺，日曬雨淋，但是隨著無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)航測(cè)在測(cè)繪領(lǐng)域中引發(fā)了一場(chǎng)革命性質(zhì)的變化。無(wú)人機(jī)航測(cè)是無(wú)人機(jī)根據(jù)提前規(guī)劃的航線，設(shè)置的重疊率，調(diào)整的相機(jī)參數(shù)，然后進(jìn)行等時(shí)間或者等距離采集正射影像。無(wú)人機(jī)航測(cè)和傳統(tǒng)測(cè)量的比較如表1-1所示。

表1-1

通過(guò)上面表格的比較，我們可以看出傳統(tǒng)的測(cè)量的地形圖精度高，但是對(duì)儀器、人員等方面要求較高，同時(shí)還受外界因素（天氣、溫度、地形條件等）影響較大，無(wú)人機(jī)航測(cè)具有快速方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在成圖精度略低于人工測(cè)量的精度、空中飛行安全性低等缺點(diǎn)。

二、無(wú)人機(jī)在項(xiàng)目外業(yè)中的應(yīng)用

1、測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于四川省達(dá)州市某個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)上，測(cè)區(qū)山勢(shì)險(xiǎn)峻，地形比較復(fù)雜，部分地區(qū)高差大約400米，綠色植被覆蓋率較高。如果用傳統(tǒng)的測(cè)繪方式來(lái)進(jìn)行作業(yè)，那么不僅測(cè)繪的效率低、人工消耗量大，而且成圖的精度也存在很大的問(wèn)題。通過(guò)綜合比較，故選擇無(wú)人機(jī)航測(cè)來(lái)代替人工傳統(tǒng)測(cè)量。本次航測(cè)選用的設(shè)備如表2-1所示。

表2-1

2.無(wú)人機(jī)外業(yè)航飛作業(yè)流程

無(wú)人機(jī)航測(cè)主要包括了一下幾個(gè)作業(yè)流程：1）測(cè)區(qū)的踏勘以及資料收集、2）無(wú)人機(jī)航線的規(guī)劃和設(shè)計(jì)、3）調(diào)試飛機(jī)，調(diào)試相機(jī)參數(shù)、4）在飛馬無(wú)人機(jī)管家中正式飛行。

1）測(cè)區(qū)的踏勘以及資料收集

本次外業(yè)航測(cè)，業(yè)主方主要提供了以下資料:

1. 測(cè)量任務(wù)書

2．測(cè)區(qū)的四等GPS靜態(tài)控制測(cè)量成果

3．要求的測(cè)量的范圍邊界線

2）、無(wú)人機(jī)航線的規(guī)劃和設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)主提供的資料，我們選擇在無(wú)人機(jī)管家軟件中規(guī)劃和設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)飛行的航線。如圖2-1所示，在飛馬無(wú)人機(jī)管家界面左上角，可以看到一個(gè)智航線的選項(xiàng)，點(diǎn)擊智航線，就能夠根據(jù)需要規(guī)劃和設(shè)計(jì)航線。

圖2-1

點(diǎn)擊智航線之后，新建一個(gè)工程，并以此安置點(diǎn)項(xiàng)目的名稱對(duì)這個(gè)工程文件進(jìn)行命名。工程創(chuàng)建完成以后，根據(jù)業(yè)主提供的資料，需要將已有的測(cè)區(qū)范圍kml 導(dǎo)入到軟件自帶的谷歌地圖上。單擊左邊導(dǎo)入選項(xiàng)，選中測(cè)區(qū)范圍的kml文件。導(dǎo)入成功之后，如圖2-2所示，圖中黃線框中的陰影部分就是本次需要航測(cè)的移民安置點(diǎn)面積。

如圖2-2

由于大多數(shù)的測(cè)區(qū)形狀是無(wú)規(guī)律的多邊形，為了方便后期空三加密處理數(shù)據(jù)，同時(shí)也為了獲得更高精度的成果資料，因此根據(jù)移民安置點(diǎn)的范圍選擇合理的飛行區(qū)域形狀是非常必要的一件事情，在飛馬無(wú)人機(jī)管家軟件中，提供給用戶可供選擇的飛行區(qū)域類型有多邊形、矩形、帶狀等種類。本著為了方便后期成圖的原因，一般飛行區(qū)域我們都需要規(guī)劃成矩形或者不帶轉(zhuǎn)折的條帶。規(guī)劃好的飛行區(qū)域如圖2-3所示

圖2-3

根據(jù)已經(jīng)布置好的飛行區(qū)域范圍，然后點(diǎn)擊航線生成選項(xiàng)，選擇好相對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)機(jī)型，點(diǎn)擊確認(rèn)。本次航測(cè)選用的無(wú)人機(jī)機(jī)型是大疆精靈4PRO，選擇好了對(duì)應(yīng)的飛機(jī)型號(hào)，點(diǎn)擊確認(rèn)，航線自動(dòng)生成完成。特別注意，這個(gè)時(shí)候生成的航線是一個(gè)基礎(chǔ)航線，航線上的各個(gè)參數(shù)都會(huì)在左邊全部顯示出來(lái)，例如后期成圖比例尺、影像航片的分辨率、航線航向重疊度、航線旁向重疊度、無(wú)人機(jī)的飛行速度、本架次飛行的相對(duì)航高、本架次的飛行時(shí)間以及測(cè)區(qū)的平均海拔，如圖2-4所示。在這里可以根據(jù)具體的測(cè)量要求，調(diào)節(jié)每個(gè)架次的飛行參數(shù)。例如，最終成果需要提交1：500地形圖時(shí)，可以根據(jù)要求，適當(dāng)調(diào)高航向重疊率和旁向重疊率或者降低飛行高度。這兩種方法中，在保證飛行安全的前提條件下，首先選擇降低飛行高度。

圖2-4

特別強(qiáng)調(diào)一下，所有的飛行參數(shù)必須在合理的范圍之內(nèi)，如果出現(xiàn)不合理的情況，則可能發(fā)生無(wú)人機(jī)無(wú)法起飛或者撞機(jī)等事故。在本次移民安置點(diǎn)航測(cè)工程中，我們要求最終提交1：1000的數(shù)字地形圖成果，因此把航片分辨率設(shè)置成8cm,航向重疊度80%，旁向重疊度60%，以保證后期成圖的質(zhì)量。飛行區(qū)域以及航線生成完成以后，為了提高最終的成圖精度，需要導(dǎo)出飛行航線，在航線的規(guī)劃下，均勻的布置像控點(diǎn)和加密像控點(diǎn)。導(dǎo)出航線以后，找到飛行航線KML文件，然后導(dǎo)入到谷歌影像地圖中。在導(dǎo)入飛行航線之后，接下來(lái)的步驟就是合理的布置像控點(diǎn)。像控點(diǎn)的布置遵守以下原則：

1、像控點(diǎn)需要選擇明顯的拐角處，以提高內(nèi)業(yè)精度。

2、像控點(diǎn)標(biāo)志尺寸大小應(yīng)該在一米左右，最好布置成L形狀，測(cè)量L點(diǎn)的拐角處。

3、像控點(diǎn)應(yīng)該盡量選擇地勢(shì)平坦的地方，避免樹林，房屋等容易被遮擋的地方。

4、像控點(diǎn)應(yīng)該選擇相對(duì)保存長(zhǎng)久的材料，比如白色的油漆或者白色的涂料。且布置像控點(diǎn)的地方也盡量選擇人流量小的地方。

5、像控點(diǎn)應(yīng)該均勻的分布在測(cè)區(qū)的四周，對(duì)精度要求高的地方，應(yīng)該格外布置加密像控點(diǎn)。

6、像控點(diǎn)盡量布置在兩條相鄰航線的中間，以便增加后期空三刺點(diǎn)的度數(shù)。

根據(jù)以上的布置原則，我們把整個(gè)測(cè)區(qū)的像控點(diǎn)布置成為如圖2-5所示，其中1、3、4、5這四個(gè)點(diǎn)分布在測(cè)區(qū)的四周，屬于基礎(chǔ)像控點(diǎn)，6號(hào)點(diǎn)位于測(cè)區(qū)的正中間，屬于加密像控點(diǎn)。這些像控點(diǎn)的布設(shè)完成以后，就可以利用華測(cè)X91移動(dòng)站依次把每個(gè)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)采集下來(lái)，并且做成標(biāo)準(zhǔn)的像控表格。

圖2-5

3）調(diào)試飛機(jī)，調(diào)試相機(jī)參數(shù)

完成上述的像控采集工作后，就可以在測(cè)區(qū)的附近選擇一個(gè)最近的起飛點(diǎn)。起飛點(diǎn)選擇要求地勢(shì)平坦，四周開闊，沒有過(guò)多的遮擋且距離第一個(gè)拍照點(diǎn)200米以內(nèi)。滿足上述要求的起飛點(diǎn)才可以在第一個(gè)拍照點(diǎn)正常的啟動(dòng)拍照命令，否則會(huì)出現(xiàn)掉照片的情況。起飛點(diǎn)選擇好以后，然后安裝好大疆精靈4PRO的旋翼以及電池，進(jìn)行飛行前的常規(guī)工作檢查，保證不會(huì)出現(xiàn)人為的機(jī)械故障。檢查完畢以后，最好進(jìn)行一次手動(dòng)操作的試飛。進(jìn)行手動(dòng)試飛的目的是調(diào)節(jié)相機(jī)的感光度和光圈，保證航片質(zhì)量最佳。經(jīng)過(guò)多次的綜合測(cè)試，晴天的光圈建議選擇5～7這個(gè)參數(shù)范圍，ISO值選擇200，陰天的的光圈建議選擇2～4這個(gè)參數(shù)范圍，ISO值選擇400，這樣的參數(shù)拍出的航片質(zhì)量最好。

4）在飛馬無(wú)人機(jī)管家中正式飛行

完成試飛之后，可以開始在軟件中正常飛行，巡航。首先無(wú)人機(jī)垂直上升，然后到達(dá)計(jì)算好的高度以后，水平飛行，向第一個(gè)拍照點(diǎn)前進(jìn)。在到達(dá)第一個(gè)拍照點(diǎn)之后，開始調(diào)整姿態(tài)，沿著布置好的航線進(jìn)行水平巡航工作。每個(gè)架次的飛行完成后，會(huì)得到若干張帶像控點(diǎn)的航片，如圖2-6所示。這個(gè)環(huán)節(jié)中飛馬軟件會(huì)全程監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行的整體情況，監(jiān)控的范圍包括電池的剩余電量、實(shí)時(shí)圖傳、飛行高度、飛行速度等，并且全程會(huì)有語(yǔ)音提示。無(wú)人機(jī)從垂直起飛到水平巡航，再到最后的返航，整個(gè)過(guò)程在飛馬軟件中基本實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化。

圖2-6

三、無(wú)人機(jī)航片在項(xiàng)目?jī)?nèi)業(yè)中的成圖

外業(yè)航測(cè)完成之后，獲得了一個(gè)架次的若干張航片，根據(jù)需求進(jìn)行內(nèi)業(yè)空三計(jì)算。我們把一個(gè)架次的航片，導(dǎo)入到GODWORK軟件中，進(jìn)行空三內(nèi)業(yè)處理，具體的空三步驟如下：

1、對(duì)導(dǎo)入的航片進(jìn)行一鍵空三操作，進(jìn)行影像的識(shí)別、匹配。

2、影像匹配完成以后，我們需要對(duì)影像進(jìn)行DEM構(gòu)圖。

3、構(gòu)圖完成之后，再導(dǎo)入像控點(diǎn)，依次對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行刺點(diǎn)。

4、完成兩個(gè)或者三個(gè)刺點(diǎn)工作之后，對(duì)整個(gè)構(gòu)圖網(wǎng)進(jìn)行平差。如果平差之后構(gòu)圖網(wǎng)沒有破壞，繼續(xù)重復(fù)步驟3中的刺點(diǎn)工作。

5、所有的像控點(diǎn)刺點(diǎn)完成，平差合格之后，輸出測(cè)圖模式。

輸出了測(cè)圖模式，然后把測(cè)圖模式輸出的成果導(dǎo)入到生成立體相對(duì)的軟件中，生成立體像對(duì)，然后對(duì)每個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)行依次檢查，校核，并且輸出相對(duì)成果。最后利用已經(jīng)生成的相對(duì)，繪制出1：1000的數(shù)字地形圖。輸出的成果如圖3-1所示。

圖3-1

四、成果分析

經(jīng)過(guò)外業(yè)航測(cè)和內(nèi)業(yè)成圖，最終得到了移民安置點(diǎn)1：1000的地形圖成果。同時(shí)我們對(duì)這個(gè)區(qū)域的成果進(jìn)行了外業(yè)調(diào)繪，調(diào)繪的對(duì)象主要以房屋、電桿，道路以及特征點(diǎn)為主。經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比對(duì)比發(fā)現(xiàn)，大疆精靈四PRO基于飛馬無(wú)人機(jī)管家APP航測(cè)得到的最終成果圖滿足1：1000數(shù)字地形區(qū)的要求。

五、總結(jié)

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)踐，可以看出大疆精靈四PRO在飛馬無(wú)人機(jī)管家軟件中能夠順利的完成航測(cè)任務(wù)，同時(shí)最終的成果資料也能夠滿足業(yè)主提出的1：1000地形圖的精度要求。在整個(gè)航測(cè)的過(guò)程中，對(duì)于飛馬無(wú)人機(jī)管家軟件有了一個(gè)深入的了解，現(xiàn)將飛馬無(wú)人機(jī)管家軟件的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)一下：

1.飛馬無(wú)人機(jī)管家軟件中嵌入了谷歌高程模型。這一點(diǎn)對(duì)于航測(cè)來(lái)說(shuō)，非常的方便，同時(shí)也相當(dāng)?shù)闹匾Ｔ谌我獾囊粋€(gè)地方，無(wú)人機(jī)飛行器通過(guò)本身內(nèi)置的GPS定位，再通過(guò)飛馬無(wú)人機(jī)軟件獲得一個(gè)比較準(zhǔn)確的高程，因?yàn)轱w馬軟件中嵌入了谷歌高程模型，故可以通過(guò)定位和獲取的高程來(lái)觀察周圍的地形和環(huán)境，然后計(jì)算出合適的相對(duì)飛行高度，也避免了無(wú)人機(jī)撞山的危險(xiǎn)。

2.飛馬無(wú)人機(jī)管家軟件中具有導(dǎo)入和導(dǎo)出KML功能。導(dǎo)入KML功能，可以直觀的看出測(cè)區(qū)的范圍，形狀，狀況等，然后根據(jù)導(dǎo)入的KML范圍，選擇一個(gè)規(guī)則的飛行區(qū)域。當(dāng)在無(wú)人機(jī)管家中規(guī)劃好了全部航線，然后就離不開導(dǎo)出KML功能，把規(guī)劃好的航線以KML的形式導(dǎo)出，然后在導(dǎo)入到谷歌影像中，這樣可以更加的方便布置像控點(diǎn)。在谷歌影像中，可以清晰的，均勻的布置好每一個(gè)像控點(diǎn)。

3.飛馬無(wú)人機(jī)管家APP具有的智能化的設(shè)計(jì)。飛馬無(wú)人機(jī)APP在整個(gè)航測(cè)過(guò)程中一直都處于核心的位置，其實(shí)有很多的智能的小細(xì)節(jié)做的特別好。大疆精靈4PRO在很多軟件中最大的速度10M/S，但是在飛馬軟件中，最大的速度可以到達(dá)15M/S，這一點(diǎn)很多程度上提高了航測(cè)的效率。當(dāng)剩余電量不足30%的時(shí)候，飛馬無(wú)人機(jī)軟件會(huì)自動(dòng)報(bào)警，然后開始強(qiáng)制返航，這一點(diǎn)也是設(shè)計(jì)的特別好，為用戶的無(wú)人機(jī)安全著想。還有飛馬無(wú)人機(jī)管家會(huì)主動(dòng)為用戶加載禁飛區(qū)、限飛區(qū)，為用戶減少不必要的麻煩，飛馬無(wú)人機(jī)管家還會(huì)提示高空的風(fēng)力情況。這些一個(gè)個(gè)智能化的小細(xì)節(jié)為我們用戶每一次的安全飛行保駕護(hù)航。