無人機航測與傳統(tǒng)測量的比較，無人機在項目外業(yè)中的應(yīng)用

一、無人機航測與傳統(tǒng)測量的比較

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

表1-1

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

二、無人機在項目外業(yè)中的應(yīng)用

1、測區(qū)概況

測區(qū)位于四川省達州市某個鄉(xiāng)鎮(zhèn)上，測區(qū)山勢險峻，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)的測繪方式來進行作業(yè)，那么不僅測繪的效率低、人工消耗量大，而且成圖的精度也存在很大的問題。通過綜合比較，故選擇無人機航測來代替人工傳統(tǒng)測量。本次航測選用的設(shè)備如表2-1所示。

表2-1

2.無人機外業(yè)航飛作業(yè)流程

無人機航測主要包括了一下幾個作業(yè)流程：1）測區(qū)的踏勘以及資料收集、2）無人機航線的規(guī)劃和設(shè)計、3）調(diào)試飛機，調(diào)試相機參數(shù)、4）在飛馬無人機管家中正式飛行。

1）測區(qū)的踏勘以及資料收集

本次外業(yè)航測，業(yè)主方主要提供了以下資料:

1. 測量任務(wù)書

2．測區(qū)的四等GPS靜態(tài)控制測量成果

3．要求的測量的范圍邊界線

2）、無人機航線的規(guī)劃和設(shè)計

根據(jù)業(yè)主提供的資料，我們選擇在無人機管家軟件中規(guī)劃和設(shè)計無人機飛行的航線。如圖2-1所示，在飛馬無人機管家界面左上角，可以看到一個智航線的選項，點擊智航線，就能夠根據(jù)需要規(guī)劃和設(shè)計航線。

圖2-1

點擊智航線之后，新建一個工程，并以此安置點項目的名稱對這個工程文件進行命名。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，選中測區(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的移民安置點面積。

如圖2-2

由于大多數(shù)的測區(qū)形狀是無規(guī)律的多邊形，為了方便后期空三加密處理數(shù)據(jù)，同時也為了獲得更高精度的成果資料，因此根據(jù)移民安置點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，在飛馬無人機管家軟件中，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，然后點擊航線生成選項，選擇好相對應(yīng)的無人機機型，點擊確認。本次航測選用的無人機機型是大疆精靈4PRO，選擇好了對應(yīng)的飛機型號，點擊確認，航線自動生成完成。特別注意，這個時候生成的航線是一個基礎(chǔ)航線，航線上的各個參數(shù)都會在左邊全部顯示出來，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、無人機的飛行速度、本架次飛行的相對航高、本架次的飛行時間以及測區(qū)的平均海拔，如圖2-4所示。在這里可以根據(jù)具體的測量要求，調(diào)節(jié)每個架次的飛行參數(shù)。例如，最終成果需要提交1：500地形圖時，可以根據(jù)要求，適當調(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)生無人機無法起飛或者撞機等事故。在本次移民安置點航測工程中，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，均勻的布置像控點和加密像控點。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，接下來的步驟就是合理的布置像控點。像控點的布置遵守以下原則：

1、像控點需要選擇明顯的拐角處，以提高內(nèi)業(yè)精度。

2、像控點標志尺寸大小應(yīng)該在一米左右，最好布置成L形狀，測量L點的拐角處。

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

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

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

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

根據(jù)以上的布置原則，我們把整個測區(qū)的像控點布置成為如圖2-5所示，其中1、3、4、5這四個點分布在測區(qū)的四周，屬于基礎(chǔ)像控點，6號點位于測區(qū)的正中間，屬于加密像控點。這些像控點的布設(shè)完成以后，就可以利用華測X91移動站依次把每個像控點數(shù)據(jù)采集下來，并且做成標準的像控表格。

圖2-5

3）調(diào)試飛機，調(diào)試相機參數(shù)

完成上述的像控采集工作后，就可以在測區(qū)的附近選擇一個最近的起飛點。起飛點選擇要求地勢平坦，四周開闊，沒有過多的遮擋且距離第一個拍照點200米以內(nèi)。滿足上述要求的起飛點才可以在第一個拍照點正常的啟動拍照命令，否則會出現(xiàn)掉照片的情況。起飛點選擇好以后，然后安裝好大疆精靈4PRO的旋翼以及電池，進行飛行前的常規(guī)工作檢查，保證不會出現(xiàn)人為的機械故障。檢查完畢以后，最好進行一次手動操作的試飛。進行手動試飛的目的是調(diào)節(jié)相機的感光度和光圈，保證航片質(zhì)量最佳。經(jīng)過多次的綜合測試，晴天的光圈建議選擇5～7這個參數(shù)范圍，ISO值選擇200，陰天的的光圈建議選擇2～4這個參數(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）在飛馬無人機管家中正式飛行

完成試飛之后，可以開始在軟件中正常飛行，巡航。首先無人機垂直上升，然后到達計算好的高度以后，水平飛行，向第一個拍照點前進。在到達第一個拍照點之后，開始調(diào)整姿態(tài)，沿著布置好的航線進行水平巡航工作。每個架次的飛行完成后，會得到若干張帶像控點的航片，如圖2-6所示。這個環(huán)節(jié)中飛馬軟件會全程監(jiān)控?zé)o人機飛行的整體情況，監(jiān)控的范圍包括電池的剩余電量、實時圖傳、飛行高度、飛行速度等，并且全程會有語音提示。無人機從垂直起飛到水平巡航，再到最后的返航，整個過程在飛馬軟件中基本實現(xiàn)了全自動化。

圖2-6

三、無人機航片在項目內(nèi)業(yè)中的成圖

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

1、對導(dǎo)入的航片進行一鍵空三操作，進行影像的識別、匹配。

2、影像匹配完成以后，我們需要對影像進行DEM構(gòu)圖。

3、構(gòu)圖完成之后，再導(dǎo)入像控點，依次對像控點進行刺點。

4、完成兩個或者三個刺點工作之后，對整個構(gòu)圖網(wǎng)進行平差。如果平差之后構(gòu)圖網(wǎng)沒有破壞，繼續(xù)重復(fù)步驟3中的刺點工作。

5、所有的像控點刺點完成，平差合格之后，輸出測圖模式。

輸出了測圖模式，然后把測圖模式輸出的成果導(dǎo)入到生成立體相對的軟件中，生成立體像對，然后對每個像控點進行依次檢查，校核，并且輸出相對成果。最后利用已經(jīng)生成的相對，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)過外業(yè)航測和內(nèi)業(yè)成圖，最終得到了移民安置點1：1000的地形圖成果。同時我們對這個區(qū)域的成果進行了外業(yè)調(diào)繪，調(diào)繪的對象主要以房屋、電桿，道路以及特征點為主。經(jīng)數(shù)據(jù)對比對比發(fā)現(xiàn)，大疆精靈四PRO基于飛馬無人機管家APP航測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)

通過本項目的實踐，可以看出大疆精靈四PRO在飛馬無人機管家軟件中能夠順利的完成航測任務(wù)，同時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。在整個航測的過程中，對于飛馬無人機管家軟件有了一個深入的了解，現(xiàn)將飛馬無人機管家軟件的優(yōu)點總結(jié)一下：

1.飛馬無人機管家軟件中嵌入了谷歌高程模型。這一點對于航測來說，非常的方便，同時也相當?shù)闹匾?。在任意的一個地方，無人機飛行器通過本身內(nèi)置的GPS定位，再通過飛馬無人機軟件獲得一個比較準確的高程，因為飛馬軟件中嵌入了谷歌高程模型，故可以通過定位和獲取的高程來觀察周圍的地形和環(huán)境，然后計算出合適的相對飛行高度，也避免了無人機撞山的危險。

2.飛馬無人機管家軟件中具有導(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，選擇一個規(guī)則的飛行區(qū)域。當在無人機管家中規(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。在谷歌影像中，可以清晰的，均勻的布置好每一個像控點。

3.飛馬無人機管家APP具有的智能化的設(shè)計。飛馬無人機APP在整個航測過程中一直都處于核心的位置，其實有很多的智能的小細節(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15M/S，這一點很多程度上提高了航測的效率。當剩余電量不足30%的時候，飛馬無人機軟件會自動報警，然后開始強制返航，這一點也是設(shè)計的特別好，為用戶的無人機安全著想。還有飛馬無人機管家會主動為用戶加載禁飛區(qū)、限飛區(qū)，為用戶減少不必要的麻煩，飛馬無人機管家還會提示高空的風(fēng)力情況。這些一個個智能化的小細節(jié)為我們用戶每一次的安全飛行保駕護航。