北京大學遙感與地理信息系統(tǒng)研究所 李 濱

天寶寰宇電子產(chǎn)品（上海）有限公司 宋濟宇 徐以廳

一、引 言

國際攝影測量與遙感學會（ISPRS）在1988年對攝影測量與遙感下的定義為:攝影測量與遙感乃是對非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達進行記錄、量測和解譯的過程，并進而獲得自然物體和環(huán)境可靠信息的一門工藝、科學和技術(shù)。按照不同角度，可對攝影測量學進行分類:按距離遠近分有航天攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量、近景攝影測量和顯微攝影測量；按用途有地形攝影測量與非地形攝影測量；按技術(shù)處理方法分，則有模擬法攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字攝影測量。

航空攝影測量是以從飛行器上對地表面所攝得的像片為基礎(chǔ)，根據(jù)其幾何特征和物理特征進行量測和分析，從而確定地面上物體的形狀、大小、空間位置及相互關(guān)系。目前，航空攝影測量的飛行器有航攝飛機、飛艇、氣球和無人機等。為了擴展測量解決方案的范圍，天寶公司于2012年4月6日宣布收購比利時Gatewing公司，推出了天鷹X100無人機測繪系統(tǒng)。該系統(tǒng)將測繪手段從地面拓展到空中，豐富了測量人員的作業(yè)手段，并能快速經(jīng)濟安全地獲取特定區(qū)域的數(shù)字圖件，豐富了天寶的測量解決方案。

二、天寶天鷹X100無人機測繪系統(tǒng)

對測量員來說，天寶天鷹X100提供了一種新的測量技術(shù)，是對傳統(tǒng)測量技術(shù)及測圖技術(shù)的有益補充，并且專注于測繪行業(yè)，其全自動飛行控制的設(shè)計和全自動的數(shù)據(jù)處理流程，方便了測量員的操作和使用。

1.天寶天鷹無人機測繪系統(tǒng)的組成

天寶天鷹X100無人機測圖系統(tǒng)包含了硬件和軟件兩個部分。硬件部分有固定翼飛行器、控制器、彈射架和攝影部分。天寶天鷹X100無人機的主機采用了EPP加碳纖維的復合結(jié)構(gòu)，在提升了機身耐用性的同時，大大降低了自身重量。其重量不到2 kg，翼展為1 m，幾何尺寸為100 cm×60 cm×10 cm，起飛速度為55 km/h，降落速度為50 km/h，并采用機腹滑行自動著陸方式。電臺通信距離為5～20 km，導航方式采用的則是GPS自主導航，可在操作手簿中進行自動航線規(guī)劃。無人機起飛后，巡航速度為75 km/h，滯空時間約45 min，作業(yè)高度為100～750 m。系統(tǒng)自帶的相機采用自動拍照方式獲取地面影像，航片重疊率為75%。天寶天鷹X100無人機抗風能力達到60 km/h，約為7級風；抗雨能力為5 mm/12 h，可抗小雨。單次飛行覆蓋范圍為1.5 km2，平均每平方千米航片數(shù)量約為600張。在150 m高度飛行時可獲取地面5 cm分辨率的清晰影像（如圖1所示）。

天寶天鷹X100無人機測圖系統(tǒng)包含了數(shù)據(jù)處理的軟件StretchoutTM，分為桌面普通版和專業(yè)版，同時天鷹X100提供了基于云服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理的云服務(wù)版。使用者可以通過將獲取的RAW格式的影像導入到單機的StretchoutTM進行數(shù)據(jù)處理，從而獲得高質(zhì)量的正射影像圖（DOM）和數(shù)字表面模型（DSM），或者通過網(wǎng)絡(luò)上載數(shù)據(jù)，利用天寶的云服務(wù)獲得上述成果。

圖1 2012年9月26日試飛獲取的影像

2.天寶天鷹無人機測繪系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程

天寶天鷹X100無人機的數(shù)據(jù)處理流程包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、影像分析和后處理3個部分（如圖2所示）。在距地面100～750 m的飛行高度上利用集成的數(shù)碼相機，并根據(jù)事先規(guī)劃好的航線，可獲得大量大重疊率的高分辨率RAW格式的影像，并且每條航帶上的影像都有GPS位置及飛行姿態(tài)信息。這些RAW格式的影像通過先進的數(shù)據(jù)處理軟件StretchoutTM制作成高質(zhì)量的正射影像圖（DOM）和準確的數(shù)字表面模型（DSM），是一種有效獲取高精度數(shù)字地形模型的手段。真彩色的正射影像的像素分辨率可達5 cm（150 m高度），平面精度1個像素（5 cm）；DSM數(shù)字表面模型的點間距可達1個像素（5 cm），平面精度為5 cm（150 m高度），高程精度為10 cm（150 m高度）。不同地物對象的具體的處理參數(shù)詳見表1。

在獲得了DOM和DSM后，這些數(shù)據(jù)還可輸出并導入到天寶強大的攝影測量系統(tǒng)INPHO和智能化影像分析軟件eCognition中，進行空間分析和特征提取。

圖2 天寶天鷹X100測繪系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

表1 各種不同類型目標地物的數(shù)據(jù)處理參數(shù)

3.天寶天鷹X100無人機測繪系統(tǒng)的特點

天寶天鷹X100無人機具有體積小、重量輕、集成度高、響應速度快和作業(yè)方式靈活等特點。該無人機采用彈射架彈射起飛，使用者在手簿上設(shè)定好航線后，后續(xù)的起飛、數(shù)據(jù)采集和降落都是全自動進行。其降落方式采用的是滑行降落方式，因此天鷹X100對起飛和降落的條件的限制很小，特別適合于小區(qū)域突發(fā)事件的快速應急反應。

此外，高度自動化也是天寶天鷹X100無人機測繪系統(tǒng)的重要特點。從飛行控制的全自動，到數(shù)據(jù)處理的全自動，使用者不需要專門的航模操作訓練，普通測量人員即可操作硬件并最終自動的獲得測繪成果。

三、無人機的應用展望

由于無人機有小巧、經(jīng)濟和便捷的特點，在基礎(chǔ)測繪和區(qū)域土地規(guī)劃，鐵路、公路與水利等項目的帶狀測圖，建筑、種植園、土地復墾、三維建模、可視化、廢物處理、道路工程、管道（如石油、天然氣等）、林業(yè)、洪水、安全評估、侵蝕監(jiān)測、體積計算、研究（如地質(zhì)學、考古學等）、資產(chǎn)管理、土地規(guī)劃、土地利用監(jiān)測、大型基礎(chǔ)建設(shè)及設(shè)施監(jiān)測、大型露天礦山測量、環(huán)境分析、洪水災害評估、災害應急快速響應制圖、土地確權(quán)登記，以及結(jié)合可見光、近紅外和紅外對森林植被及農(nóng)作物進行監(jiān)測、分類與統(tǒng)計等很多領(lǐng)域都有潛在的應用。由于機上載荷的限制，一般只能搭載普通數(shù)碼相機，因此也給后續(xù)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和方法帶來了新的課題和挑戰(zhàn)。天寶公司的天鷹X100無人機測圖系統(tǒng)將整合天寶現(xiàn)有的產(chǎn)品優(yōu)勢，為行業(yè)用戶提供經(jīng)濟、便捷、安全、完整的測繪解決方案。