盛 帆，唐建亞，石 夢(mèng)

(江蘇中路信息科技有限公司，江蘇 南京 210019)

0 概 述

無(wú)人機(jī)由無(wú)線電遙控設(shè)備和自主程序控制裝置操作，或直接由車載式計(jì)算機(jī)自主控制。無(wú)人機(jī)體積小、機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，使其不受地域、高度、角度、交通管控的影響，適用范圍與領(lǐng)域?qū)拸V。尤其在國(guó)土測(cè)繪領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用更是顛覆傳統(tǒng)測(cè)繪作業(yè)方式，成為航空攝影測(cè)量手段的有利補(bǔ)充。自2003年起，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)甚至成為國(guó)土測(cè)繪領(lǐng)域中大比例尺測(cè)圖最主要的測(cè)繪技術(shù)。

根應(yīng)用領(lǐng)域的不同，無(wú)人機(jī)分為軍用和民用，而民用無(wú)人機(jī)又可被分為行業(yè)應(yīng)用級(jí)和消費(fèi)級(jí)。國(guó)土測(cè)繪領(lǐng)域使用的無(wú)人機(jī)通常屬于行業(yè)應(yīng)用級(jí)無(wú)人機(jī)，具備完善的飛行控制平臺(tái)與地面站。但是，行業(yè)應(yīng)用級(jí)無(wú)人機(jī)一般尺寸較大、飛行載荷較大、操作飛行難度也較大，受其制造工藝與制造技術(shù)限制的影響，無(wú)人機(jī)平臺(tái)的造價(jià)也較為昂貴。因此，極大限制了行業(yè)應(yīng)用級(jí)無(wú)人機(jī)在其他領(lǐng)域的發(fā)展與使用。伴隨著近年來(lái)行業(yè)應(yīng)用級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)需求的釋放，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)需求迅速擴(kuò)增。其中，“大疆(DJI)”消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，憑借其良好的平臺(tái)性能及較低的操控門檻，廣受好評(píng)，進(jìn)而促進(jìn)了消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的大量生產(chǎn)與市場(chǎng)投入。

目前，由于消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)造價(jià)低廉、荷載配置專業(yè)、性能多樣化、操作飛行安全可靠，加之現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展下消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的技術(shù)水平再創(chuàng)新高，使其成功進(jìn)軍行業(yè)應(yīng)用級(jí)市場(chǎng)。

1 消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

1.1 全自動(dòng)航線規(guī)劃

結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需要，本次所使用的是DJI精靈Phantom4 Pro的飛行平臺(tái)與DJI GS Pro的飛行控制系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的服務(wù)區(qū)改造調(diào)查，使用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)已實(shí)現(xiàn)單人或兩人的工作模式，極大減少了改造調(diào)查的工作時(shí)間，提高工作效率。在前期準(zhǔn)備工作中，使用DJI GS Pro飛行控制系統(tǒng)設(shè)定需拍攝區(qū)域的工作范圍，軟件自動(dòng)生成相應(yīng)的飛行航線與航點(diǎn)，用戶設(shè)定照片的橫向與縱向重疊率，一鍵起飛進(jìn)行拍攝任務(wù)，完成任務(wù)后，無(wú)人機(jī)自動(dòng)完成降落工作。

1.2 高效成圖

在完成外業(yè)任務(wù)的數(shù)據(jù)采集后，將數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)入至電腦處理終端。因無(wú)人機(jī)在拍攝照片的同時(shí)，會(huì)記錄拍攝點(diǎn)的坐標(biāo)與高程信息，內(nèi)業(yè)人員可直接進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，生成一定比例尺的二維正射影像圖。

1.3 性價(jià)比高

本次所使用的DJI 精靈Phantom4 Pro飛行器在技術(shù)上，有以下優(yōu)勢(shì)：多方位安全避障、低電量(完成任務(wù))自動(dòng)返航、高穩(wěn)定性懸停、價(jià)格較低，很大程度上提高外業(yè)作業(yè)人員的操作安全性。

2 實(shí)驗(yàn)工程概況

2.1 服務(wù)區(qū)概況

本次工程項(xiàng)目屬于高速公路在用的服務(wù)區(qū)，存在人員數(shù)量較大、車流較大等特點(diǎn)，面積約為0.5 km2，該區(qū)域覆蓋高速公路、兩側(cè)服務(wù)區(qū)、綠化區(qū)域等地形與地物，本次改造與調(diào)查為該服務(wù)區(qū)內(nèi)車流導(dǎo)向線與停車區(qū)線的設(shè)計(jì)與施工，如圖1所示。

圖1 服務(wù)區(qū)概況

2.2 數(shù)據(jù)采集方案設(shè)計(jì)

本次飛行選用DJI 精靈Phantom4 Pro飛行器，成圖比例尺設(shè)置為1∶500，設(shè)置飛行高度為100 m，航向重疊率為85%，旁向重疊率為75%，數(shù)據(jù)處理采用Agisoft PhotoScan。在開始飛行任務(wù)前，使用大疆的相機(jī)校準(zhǔn)軟件對(duì)相機(jī)進(jìn)行專業(yè)的校準(zhǔn)，保證數(shù)據(jù)采集的精確性。

根據(jù)實(shí)際區(qū)域的情況，劃定相應(yīng)的飛行區(qū)域。因存在地圖糾偏的問(wèn)題，所以在滿足區(qū)域大小的前提下，向區(qū)域外側(cè)多擴(kuò)展50 m，保證完全覆蓋目標(biāo)物，如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)航點(diǎn)航線設(shè)計(jì)

3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

3.1 內(nèi)業(yè)處理流程

本次內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理作業(yè)流程與人工測(cè)量流程，如圖3所示。

圖3 流程圖

3.2 內(nèi)業(yè)處理結(jié)果

使用Agisoft PhotoScan處理軟件完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，生成相應(yīng)的二維正射影像圖，因服務(wù)區(qū)調(diào)查與設(shè)計(jì)標(biāo)線與導(dǎo)向線的精度要求不高，所以無(wú)需對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)與測(cè)量，最終成圖，如圖4所示。

圖4 服務(wù)區(qū)左、右幅二維正射影像圖

4 成果對(duì)比

在完成本次測(cè)設(shè)任務(wù)后，建立航測(cè)與人工測(cè)量的成果對(duì)比數(shù)據(jù)，如表1、表2和表3所示。

表1 航測(cè)與人工測(cè)量時(shí)間對(duì)比

表2 航測(cè)與人工測(cè)量精度對(duì)比

表3 航測(cè)與人工測(cè)量成本對(duì)比

根據(jù)對(duì)比分析，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)航測(cè)測(cè)量能夠滿足高速公路服務(wù)區(qū)改造設(shè)計(jì)中所需要的測(cè)圖需求，在成本與精度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工測(cè)量所得到的成果。

5 結(jié) 論

本次使用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)用于高速公路服務(wù)區(qū)改造設(shè)計(jì)中的航測(cè)，能夠獲取到高分辨率、符合規(guī)范要求的大比例尺的產(chǎn)品，而且具有使用簡(jiǎn)單、高效率與高性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，使用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)也存在一定的不足，如何提高單次飛行任務(wù)的時(shí)長(zhǎng)、降低飛行平臺(tái)成本、提高平臺(tái)飛行的操作安全性則是下一階段無(wú)人機(jī)制造廠商與行業(yè)使用者需要解決的問(wèn)題。

綜上所述，目前為止使用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)在行業(yè)內(nèi)使用具有良好的應(yīng)用前景。