小型無人機航測技術(shù)在土地測繪中的應(yīng)用獲獎科研報告

小型無人機航測技術(shù)在土地測繪中的應(yīng)用獲獎科研報告【摘

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

【關(guān)鍵詞】無人機;攝影測量;土地測繪;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，是人類社會得以存在和發(fā)展的基石?土地測繪就是對土地及其之上的附屬物進行準確空間定位的工作?無論是土地資源的調(diào)查與評價?國土空間規(guī)劃?各類用地監(jiān)測，還是土地生態(tài)修復(fù)，準確獲取地塊的空間位置信息都是各項工作進一步開展的前提?而各種土地利用規(guī)劃方案的落地實施也都需要使用測繪技術(shù)將圖紙上的規(guī)劃成果測設(shè)到實地?因此，土地測繪是進行土地管理工作的重要技術(shù)手段?

1無人機航測概述

無人機出現(xiàn)于20世紀，最早被應(yīng)用于軍事偵察活動，隨著科學技術(shù)的進步以及社會生產(chǎn)力的發(fā)展，無人機技術(shù)逐步走向平民化?大眾化，從而推動了測繪技術(shù)的新發(fā)展?在現(xiàn)代測繪技術(shù)中如何實現(xiàn)自動化?智能化?高效率?高精度的數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)代測繪行業(yè)研究發(fā)展的必然趨勢?隨著無人機技術(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，無人機測繪正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)測繪儀器成為測繪行業(yè)新的寵兒?無人機航測作為一種新型的數(shù)字化測量手段，具有其他傳統(tǒng)測繪儀器不可比擬的優(yōu)勢，它起降場地小，機動靈活，高效便捷，反應(yīng)迅速，運輸方便，環(huán)境適應(yīng)能力強，經(jīng)濟合理成本低，成果影像高分辨率?高精度，成圖快速便捷等特點，自出現(xiàn)以來逐漸受到眾多從業(yè)者的廣泛青睞，在測繪行業(yè)中具有其他測繪技術(shù)無法代替的地位?目前無人機測繪技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地形測量?地籍調(diào)查?房地產(chǎn)測量?土方測量?三維建模等工作?

2數(shù)據(jù)獲取方法

（1）準備工作?為了保證無人機安全和測量作業(yè)的順利實施，無人機起飛之前必須對現(xiàn)場外部環(huán)境進行實地觀察以及對無人機狀況進行檢查，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題而產(chǎn)生的成果質(zhì)量問題，該次航測面積0.5km2，航高110m，共拍攝影像1656張，分辨率為3cm?

3無人機航測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

我國無人機的發(fā)展始于20世紀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，無人機在搶險救災(zāi)工作中的出色表現(xiàn)促進了民用專業(yè)級無人機的發(fā)展?2010年法國Parrot公司生產(chǎn)的ParrotAR.DRONE投入市場，標志著消費級無人機市場的開啟?2013年深圳大疆創(chuàng)新科技公司發(fā)布“大疆精靈”多旋翼無人機產(chǎn)品，在國內(nèi)掀起了無人機應(yīng)用的浪潮?在土地測繪工作中，最初只是借助無人機作為飛行平臺，搭載數(shù)碼相機進行手動拍攝重疊影像，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無人機，新增了RTK導(dǎo)航定位系統(tǒng)?相機微秒級同步?APP航線規(guī)劃等功能，將厘米級導(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人機航拍系統(tǒng)價格高?操作復(fù)雜?靈活性不足等問題，目前已經(jīng)在大比例尺地形圖測繪?自然資源督察?不動產(chǎn)測繪?房地一體化測繪?地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?

4小型旋翼無人機航測工作流程

在小型旋翼航測無人機中，大疆無人機因其操作方便?成本低廉，在小范圍土地測繪工作中被廣泛應(yīng)用?以大疆精靈4RTK為例，整個工作流程可分為航測準備?航線規(guī)劃?相機參數(shù)設(shè)置?航拍作業(yè)和影像處理5個階段?

4.1航測準備

航測準備是到達測區(qū)之前應(yīng)提前做好的前期準備工作?其中飛行器準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，而充電時間約為50min?具體每塊電池的工作時間不僅與測區(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時氣溫有關(guān)?測繪人員可根據(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間，最好預(yù)備1塊備用電池以便輪流充電使用?另外，測區(qū)范圍應(yīng)提前準備，建議采用相關(guān)地圖軟件制作的測區(qū)地標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區(qū)范圍更精確?雖然大疆精靈4RTK可以在免像控點的情況下進行測圖，但控制點能有效提高飛行器航測成圖的精度?因此，合理布設(shè)像控點，準確測定其坐標是航測準備階段的1個重要環(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?通過遙控器上安裝有sim卡的4G網(wǎng)卡來實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并用網(wǎng)絡(luò)RTK賬號正確登陸服務(wù)器，并確保RTK獲得固定解?如果只對測區(qū)進行正射影像數(shù)據(jù)采集，則可只采用攝影測量2D的航線規(guī)劃方式，以節(jié)省航拍時間?航線規(guī)劃中最重要的是要保證安全的飛行高度，注意測區(qū)內(nèi)的最高地物，飛行高度和返航高度要高于測區(qū)內(nèi)最高地物的髙度?

4.3相機參數(shù)設(shè)置

相機參數(shù)設(shè)置主要是為了獲取清晰的航拍相片，通常按默認設(shè)定?拍攝模式建議采用定時拍攝;拍攝完成后選擇自動返航;云臺角度在拍攝正射影像時選擇-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無人機的航拍作業(yè)基本是自動完成。當飛行器電量降低到警戒值時，會發(fā)出提示。飛行器根據(jù)剩余電量和到已記錄的起飛點距離進行智能判斷，并選擇合適時機返航，無需人工干涉。當飛行器降落后，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

當飛行任務(wù)結(jié)束后，將飛行器上儲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：相機參數(shù)信息保存在照片中，可以用記事本打開照片找到相關(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;在影像上標記控制點后進行初次空三解算，可以得到控制點的大致位置，以便通過更多包含控制點的照片上精確標記控制點，當所有控制點標記完成后進行再次空三解算，以使得所有像控點都被準確標記;重建項目進行影像拼接，在空間框架內(nèi)選擇正確的坐標系，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)運行的內(nèi)存空間;如果只需要獲取測區(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

無人機航測在外業(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題產(chǎn)生的人員糾紛;在影像處理方面，由于單個測區(qū)面積小，影像數(shù)