小型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在土地測(cè)繪中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

小型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在土地測(cè)繪中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告【摘

要】隨著測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)航拍已成為小區(qū)域地形測(cè)繪的主要手段?該文在闡述測(cè)繪儀器發(fā)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，并以大疆精靈4RTK無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)和ContextCapture軟件為例，梳理了小型多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行小區(qū)域航測(cè)生產(chǎn)正射影像圖工作的具體流程，為無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在土地測(cè)繪中的應(yīng)用提供參考?

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī);攝影測(cè)量;土地測(cè)繪;應(yīng)用

土地是地球表面某一地段包括地質(zhì)?地貌?氣候?水文?土壤?植被等多種自然要素在內(nèi)的自然綜合體，是人類社會(huì)得以存在和發(fā)展的基石?土地測(cè)繪就是對(duì)土地及其之上的附屬物進(jìn)行準(zhǔn)確空間定位的工作?無(wú)論是土地資源的調(diào)查與評(píng)價(jià)?國(guó)土空間規(guī)劃?各類用地監(jiān)測(cè)，還是土地生態(tài)修復(fù)，準(zhǔn)確獲取地塊的空間位置信息都是各項(xiàng)工作進(jìn)一步開(kāi)展的前提?而各種土地利用規(guī)劃方案的落地實(shí)施也都需要使用測(cè)繪技術(shù)將圖紙上的規(guī)劃成果測(cè)設(shè)到實(shí)地?因此，土地測(cè)繪是進(jìn)行土地管理工作的重要技術(shù)手段?

1無(wú)人機(jī)航測(cè)概述

無(wú)人機(jī)出現(xiàn)于20世紀(jì)，最早被應(yīng)用于軍事偵察活動(dòng)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)逐步走向平民化?大眾化，從而推動(dòng)了測(cè)繪技術(shù)的新發(fā)展?在現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)中如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?智能化?高效率?高精度的數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)代測(cè)繪行業(yè)研究發(fā)展的必然趨勢(shì)?隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)?通信技術(shù)?定位導(dǎo)航技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)測(cè)繪正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)繪儀器成為測(cè)繪行業(yè)新的寵兒?無(wú)人機(jī)航測(cè)作為一種新型的數(shù)字化測(cè)量手段，具有其他傳統(tǒng)測(cè)繪儀器不可比擬的優(yōu)勢(shì)，它起降場(chǎng)地小，機(jī)動(dòng)靈活，高效便捷，反應(yīng)迅速，運(yùn)輸方便，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)合理成本低，成果影像高分辨率?高精度，成圖快速便捷等特點(diǎn)，自出現(xiàn)以來(lái)逐漸受到眾多從業(yè)者的廣泛青睞，在測(cè)繪行業(yè)中具有其他測(cè)繪技術(shù)無(wú)法代替的地位?目前無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地形測(cè)量?地籍調(diào)查?房地產(chǎn)測(cè)量?土方測(cè)量?三維建模等工作?

2數(shù)據(jù)獲取方法

（1）準(zhǔn)備工作?為了保證無(wú)人機(jī)安全和測(cè)量作業(yè)的順利實(shí)施，無(wú)人機(jī)起飛之前必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)外部環(huán)境進(jìn)行實(shí)地觀察以及對(duì)無(wú)人機(jī)狀況進(jìn)行檢查，確保作業(yè)安全?

（2）航線規(guī)劃與數(shù)據(jù)獲取?該次飛行使用大疆自帶的航線規(guī)劃軟件，根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》的要求航向重疊度一般設(shè)定為60%～80%，最小不少于53%;旁向重疊度一般設(shè)定為15%～60%，最小不少于8%?為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，飛行設(shè)置旁向重疊度和航向重疊度均為80%，避免了后期因重疊度問(wèn)題而產(chǎn)生的成果質(zhì)量問(wèn)題，該次航測(cè)面積0.5km2，航高110m，共拍攝影像1656張，分辨率為3cm?

3無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

我國(guó)無(wú)人機(jī)的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，80年代中期轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域研發(fā)?2008年汶川地震發(fā)生后，無(wú)人機(jī)在搶險(xiǎn)救災(zāi)工作中的出色表現(xiàn)促進(jìn)了民用專業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)的發(fā)展?2010年法國(guó)Parrot公司生產(chǎn)的ParrotAR.DRONE投入市場(chǎng)，標(biāo)志著消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的開(kāi)啟?2013年深圳大疆創(chuàng)新科技公司發(fā)布“大疆精靈”多旋翼無(wú)人機(jī)產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)掀起了無(wú)人機(jī)應(yīng)用的浪潮?在土地測(cè)繪工作中，最初只是借助無(wú)人機(jī)作為飛行平臺(tái)，搭載數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行手動(dòng)拍攝重疊影像，缺乏定位系統(tǒng)，航拍系統(tǒng)缺乏整合性，空間位置精度不夠?隨后，大疆推出了精靈4RTK無(wú)人機(jī)，新增了RTK導(dǎo)航定位系統(tǒng)?相機(jī)微秒級(jí)同步?APP航線規(guī)劃等功能，將厘米級(jí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)結(jié)合，提升了航測(cè)效率與精度，降低了作業(yè)難度和成本，徹底解決了之前固定翼無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)價(jià)格高?操作復(fù)雜?靈活性不足等問(wèn)題，目前已經(jīng)在大比例尺地形圖測(cè)繪?自然資源督察?不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪?房地一體化測(cè)繪?地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?

4小型旋翼無(wú)人機(jī)航測(cè)工作流程

在小型旋翼航測(cè)無(wú)人機(jī)中，大疆無(wú)人機(jī)因其操作方便?成本低廉，在小范圍土地測(cè)繪工作中被廣泛應(yīng)用?以大疆精靈4RTK為例，整個(gè)工作流程可分為航測(cè)準(zhǔn)備?航線規(guī)劃?相機(jī)參數(shù)設(shè)置?航拍作業(yè)和影像處理5個(gè)階段?

4.1航測(cè)準(zhǔn)備

航測(cè)準(zhǔn)備是到達(dá)測(cè)區(qū)之前應(yīng)提前做好的前期準(zhǔn)備工作?其中飛行器準(zhǔn)備工作要求配備足夠數(shù)量的飛行電池?通常每塊大疆精靈4RTK的電池正常飛行18～24min，而充電時(shí)間約為50min?具體每塊電池的工作時(shí)間不僅與測(cè)區(qū)面積和形狀?飛行高度?重疊率等有關(guān)，還與電池使用壽命及當(dāng)時(shí)氣溫有關(guān)?測(cè)繪人員可根據(jù)需要攜帶多塊電池和充電器，邊用邊充，以便航拍工作“無(wú)縫”連接，以提高作業(yè)效率?除此之外，還應(yīng)考慮遙控器電池的使用時(shí)間，最好預(yù)備1塊備用電池以便輪流充電使用?另外，測(cè)區(qū)范圍應(yīng)提前準(zhǔn)備，建議采用相關(guān)地圖軟件制作的測(cè)區(qū)地標(biāo)kml文件導(dǎo)入遙控器中使用，該方法比在遙控器界面中手繪測(cè)區(qū)范圍更精確?雖然大疆精靈4RTK可以在免像控點(diǎn)的情況下進(jìn)行測(cè)圖，但控制點(diǎn)能有效提高飛行器航測(cè)成圖的精度?因此，合理布設(shè)像控點(diǎn)，準(zhǔn)確測(cè)定其坐標(biāo)是航測(cè)準(zhǔn)備階段的1個(gè)重要環(huán)節(jié)?

4.2航線規(guī)劃

航線規(guī)劃首先要保證飛行器遙控器的網(wǎng)絡(luò)連通?通過(guò)遙控器上安裝有sim卡的4G網(wǎng)卡來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并用網(wǎng)絡(luò)RTK賬號(hào)正確登陸服務(wù)器，并確保RTK獲得固定解?如果只對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行正射影像數(shù)據(jù)采集，則可只采用攝影測(cè)量2D的航線規(guī)劃方式，以節(jié)省航拍時(shí)間?航線規(guī)劃中最重要的是要保證安全的飛行高度，注意測(cè)區(qū)內(nèi)的最高地物，飛行高度和返航高度要高于測(cè)區(qū)內(nèi)最高地物的髙度?

4.3相機(jī)參數(shù)設(shè)置

相機(jī)參數(shù)設(shè)置主要是為了獲取清晰的航拍相片，通常按默認(rèn)設(shè)定?拍攝模式建議采用定時(shí)拍攝;拍攝完成后選擇自動(dòng)返航;云臺(tái)角度在拍攝正射影像時(shí)選擇-90°;為了提升建圖精度，建議關(guān)閉畸變修正功能?

4.4航拍作業(yè)

大疆精靈4RTK無(wú)人機(jī)的航拍作業(yè)基本是自動(dòng)完成。當(dāng)飛行器電量降低到警戒值時(shí)，會(huì)發(fā)出提示。飛行器根據(jù)剩余電量和到已記錄的起飛點(diǎn)距離進(jìn)行智能判斷，并選擇合適時(shí)機(jī)返航，無(wú)需人工干涉。當(dāng)飛行器降落后，更換電池后可按照未完成的航線繼續(xù)拍攝。

4.5影像處理

當(dāng)飛行任務(wù)結(jié)束后，將飛行器上儲(chǔ)存卡中的航拍照片導(dǎo)入電腦中以備處理?流程中需要注意：相機(jī)參數(shù)信息保存在照片中，可以用記事本打開(kāi)照片找到相關(guān)參數(shù);POS信息是每張照片的空間位置信息，其格式要規(guī)范，要與照片名稱一致;在影像上標(biāo)記控制點(diǎn)后進(jìn)行初次空三解算，可以得到控制點(diǎn)的大致位置，以便通過(guò)更多包含控制點(diǎn)的照片上精確標(biāo)記控制點(diǎn)，當(dāng)所有控制點(diǎn)標(biāo)記完成后進(jìn)行再次空三解算，以使得所有像控點(diǎn)都被準(zhǔn)確標(biāo)記;重建項(xiàng)目進(jìn)行影像拼接，在空間框架內(nèi)選擇正確的坐標(biāo)系，瓦片大小要適宜，需要調(diào)整瓦片大小，使得重建需要的內(nèi)存小于電腦內(nèi)存，充分考慮留給系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)存空間;如果只需要獲取測(cè)區(qū)正射影像，可以在工程中直接選擇生成正射影像圖?

5結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)航測(cè)在外業(yè)核查中不僅能夠克服外部環(huán)境條件的限制，還可以提供測(cè)區(qū)清晰?正確?全面的圖文數(shù)據(jù)文件，在一定程度上避免了因土地面積問(wèn)題產(chǎn)生的人員糾紛;在影像處理方面，由于單個(gè)測(cè)區(qū)面積小，影像數(shù)