路 佳，楊立樹，姚益峰

（湖州創(chuàng)新國土測(cè)繪規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，浙江 湖州 313000）

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)包含了計(jì)算機(jī)視覺、攝影測(cè)量、無人機(jī)飛行等多項(xiàng)科學(xué)，并且由于該項(xiàng)技術(shù)具有精度高、已操作、效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為國內(nèi)外普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。該技術(shù)主要是利用Phantom 4 Pro無人機(jī)搭載多種傳感器和攝影裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物的測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理建立起真實(shí)的三維景觀模型。雖然該技術(shù)能夠高效快速的獲取到三維影像數(shù)據(jù)，并且具有測(cè)量成本低等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但是還是存在一些弊端，其中最明顯的問題就是Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)容易受到外界因素影響，存在較大的測(cè)量誤差，為此提出Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)研究。

1 Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量概論

大疆無人機(jī)是一種飛行器，在該機(jī)身上安裝自動(dòng)駕駛儀、GPS裝置、高分辨率攝影裝置以及無線傳感裝置，從而形成了一個(gè)完整的Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)。它主要以高分辨率攝影裝置作為遙感影像采集設(shè)備，并采用無線傳感裝置接收和讀取到高分辨率攝影裝置采集到的影響數(shù)據(jù)，通過影像預(yù)處理快速形成三維模型[1]。Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量具備智能化、信息化、數(shù)字化獲取國土、環(huán)境、資源等空間信息功能，同時(shí)還兼具數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)建模的新型測(cè)繪技術(shù)。Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與傳統(tǒng)的航天攝影技術(shù)相比具快速靈活、時(shí)效性強(qiáng)、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)還具有許多不足之處，比如Phantom 4 Pro無人機(jī)影像姿態(tài)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)重疊度較高，Phantom 4 Pro無人機(jī)影像篇幅較小、數(shù)據(jù)量較多，并且在測(cè)量過程中容易受到技術(shù)參數(shù)、外界干擾因素的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在較大誤差，所以Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)還不夠成熟，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改良。

2 Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 Phantom 4 Pro無人機(jī)航線設(shè)計(jì)

根據(jù)Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量需求以及低空數(shù)字航空傾斜攝影規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，首先需要對(duì)Phantom 4 Pro無人機(jī)航線進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)其相關(guān)飛行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以保證Phantom 4 Pro無人機(jī)能夠按照預(yù)先設(shè)定的飛行軌跡飛行，其航線設(shè)計(jì)如下。

首先要對(duì)Phantom 4 Pro無人機(jī)航高進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下：

公式（1）中，H為Phantom 4 Pro無人機(jī)航高；f為物鏡鏡頭焦距；GSD為航攝影像地面分辨率；a為像元尺寸。其中GSD具體數(shù)值的確定需要參考測(cè)圖比例尺，當(dāng)測(cè)圖比例尺為1：500時(shí)航攝影像地面分辨率為5cm，當(dāng)測(cè)圖比例尺為1：1000時(shí)航攝影像地面分辨率為8cm～10cm，當(dāng)測(cè)圖比例尺為1：2000時(shí)航攝影像地面分辨率為15cm～20cm[2]。設(shè)置完P(guān)hantom 4 Pro無人機(jī)后需要對(duì)像片重疊度進(jìn)行設(shè)置，像片重疊度的設(shè)置可以有效減少重疊影像數(shù)據(jù)，通常情況下Phantom 4 Pro無人機(jī)像片重疊度在60%～80%范圍內(nèi)。最后還需要根據(jù)測(cè)量區(qū)域的大小確定無人機(jī)航線長(zhǎng)度和方向，其計(jì)算公式如下所示。

公式（2）、（3）中，B為無人機(jī)實(shí)地?cái)z影長(zhǎng)度；D為實(shí)地航線間隔距離；L和E分別為無人機(jī)像幅長(zhǎng)和寬；P和Q分別為無人機(jī)航向和旁向重疊度[3]。按照上述對(duì)Phantom 4 Pro無人機(jī)飛行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)Phantom 4 Pro無人機(jī)航線設(shè)計(jì)。

2.2 Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

此次選取輕型八翼Phantom 4 Pro無人機(jī)作為飛行器，將其飛行時(shí)間設(shè)定為60min，將其安全飛行風(fēng)力設(shè)定為5級(jí)，將其無線傳輸記錄設(shè)定為1500m，將其電機(jī)對(duì)角軸距設(shè)定為1550mm，將其垂直起降速度設(shè)定為6.5m/s。然后根據(jù)傾斜攝影測(cè)量需求選擇多視角航空攝影儀作為攝影裝置，該攝影儀由6個(gè)不同視角的航空攝影探頭組成，同步觸發(fā)精度為0.1ms，在測(cè)量前需要對(duì)該攝影儀相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，具體如下表所示。

表1 多視角航空攝影儀參數(shù)表

做好地面準(zhǔn)備的工作后，選擇一個(gè)晴朗的天氣，利用無人機(jī)搭載攝像裝置對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，首先需要選擇好無人機(jī)起飛地點(diǎn)，并且對(duì)Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)地面聯(lián)機(jī)測(cè)試，然后根據(jù)測(cè)量任務(wù)按照上述對(duì)無人機(jī)和攝影裝置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并且將地面控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)導(dǎo)入到飛行器中，待無人機(jī)進(jìn)入航攝區(qū)域后，利用計(jì)算機(jī)向無人機(jī)和攝影裝置發(fā)送數(shù)據(jù)和控制命令，令無人機(jī)在預(yù)先設(shè)定的航線進(jìn)行飛行，并利用無線傳感裝置讀取到攝影裝置拍攝的影像數(shù)據(jù)，將其保存起來。最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查并且將其中無用數(shù)據(jù)過濾掉，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺S模型中對(duì)測(cè)量區(qū)域三維影像進(jìn)行建模。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某區(qū)域作為研究對(duì)象，該區(qū)域面積為8612.26m2，含有的測(cè)量主體包括樹木、水田、民用建筑、水庫等，實(shí)驗(yàn)利用此次設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量，實(shí)驗(yàn)將傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)定為對(duì)照組，將此次設(shè)計(jì)技術(shù)為實(shí)驗(yàn)組，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)共采集了2452張影像數(shù)據(jù)，其中1552張影像數(shù)據(jù)為斜射影像，剩余900張影像數(shù)據(jù)為垂直影像，共布設(shè)了10條航帶，共布置了500個(gè)測(cè)點(diǎn)，飛行高度為1500m，實(shí)驗(yàn)利用電子表格記錄兩種技術(shù)測(cè)量結(jié)果，利用GHJ軟件計(jì)算出測(cè)量結(jié)果的測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中隨機(jī)抽取10個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量誤差作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)兩種技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表2 兩種技術(shù)測(cè)量誤差對(duì)比（m）

從上表可以看出，設(shè)計(jì)技術(shù)測(cè)量誤差小于最大誤差限值，并且誤差值比較小，其中最小測(cè)量誤差可以達(dá)到0.0011m，最大測(cè)量誤差僅為0.0014m。而傳統(tǒng)技術(shù)測(cè)量誤差較大，最大測(cè)量誤差可以達(dá)到0.9564m，最小測(cè)量誤差還為0.6541m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最大誤差限值和設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，因此實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)技術(shù)具有較高的測(cè)量精度。

4 結(jié)束語

本文在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)存在的問題，對(duì)其在航線設(shè)計(jì)、影像處理等方面進(jìn)行了改良和優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一個(gè)新的Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，在一定程度上降低了Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量誤差，解決了Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)容易受到外界因素影響的問題。此次研究對(duì)提高Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)精度，促進(jìn)Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用具有良好的現(xiàn)實(shí)意義，但是在研究?jī)?nèi)容方面仍存在一些不足之處，今后仍會(huì)在該方面進(jìn)行深入研究。