原野，譚程華

（1.中電科（德陽廣漢）特種飛機系統(tǒng)工程有限公司，四川成都 611731；2.江蘇省金威遙感數(shù)據(jù)工程有限公司，江蘇南京 211100）

DA42MPP雙載荷測繪型特種飛機航測應用案例分析

原野1*，譚程華2

（1.中電科（德陽廣漢）特種飛機系統(tǒng)工程有限公司，四川成都 611731；2.江蘇省金威遙感數(shù)據(jù)工程有限公司，江蘇南京 211100）

2015年10月，基于鉆石DA42 MPP平臺的雙載荷測繪型特種飛機在奧地利完成了首次驗證飛行［1］。本文對DA42 MPP飛機平臺的性能與特性，雙載荷系統(tǒng)的組成與架構做了介紹，并對此次驗證飛行案例中的飛行數(shù)據(jù)和測繪數(shù)據(jù)的質量、精度進行了分析與評估。結果表明，雙載荷系統(tǒng)可以同時協(xié)同工作，所獲取的航測數(shù)據(jù)的質量與精度滿足測繪行業(yè)的國家規(guī)范和標準，基于鉆石DA42 MPP的雙載荷測繪型特種飛機能夠滿足航拍航測任務。

鉆石DA42 MPP測繪型；雙載荷系統(tǒng)；機載LiDAR；測繪產(chǎn)品

1　研究背景與目的

近幾年，隨著國家信息化建設步伐的加快，低空空域對民用市場逐步開放［2］，各類通航飛機如雨后春筍般加入到航拍航測任務中來。目前國內(nèi)的航測作業(yè)主要依靠運-5飛機，還有少量運-8、運-12、空中國王、里爾等飛機，同時也引進了塞斯納208B、PC-6、泰克南、大棕熊等中低空飛機。由于日趨低廉的航測市場價格，以上飛機參與航測任務的運營成本偏高，作業(yè)效率偏低，直接增加了測繪數(shù)據(jù)的獲取成本，間接影響到信息化建設的整體速度。國內(nèi)航測市場迫切需要一款運營成本低，作業(yè)效率高的測繪型特種飛機。

2015年10月，基于鉆石DA42MPP飛機平臺集成改裝的雙載荷測繪型特種飛機在奧地利進行了驗證飛行，同時獲取了測區(qū)內(nèi)大幅面的航空影像數(shù)據(jù)與LiDAR點云數(shù)據(jù)。本文通過對此次驗證飛行案例中所獲取測繪數(shù)據(jù)的質量進行分析與評估，目的在于驗證集成后的雙載荷系統(tǒng)是否能同時協(xié)同工作，進一步驗證該款測繪型特種飛機是否能適用于國內(nèi)的航拍任務。

2　DA42　MPP平臺性能

DA-42系列飛機是奧地利鉆石飛機公司生產(chǎn)的一款雙發(fā)四座機型，它在融合鉆石品牌系列飛機的設備和新技術的同時，也具備自身獨特的風格和優(yōu)勢。它采用雙發(fā)短艙式發(fā)動機布局，機翼設計為懸臂式下單翼，并帶有翼梢小翼，尾翼為T型；機身和機翼主要采用復合材料制造，采用一體化成形技術。動力系統(tǒng)采用2臺170馬力的AE300渦輪增壓發(fā)動機和2片三葉恒速螺旋槳，發(fā)動機采用電子控制單元（ECU）進行控制。燃油系統(tǒng)包括二個位于左右機翼的主油箱、二個位于左右發(fā)動機短艙的副油箱和一個位于機艙的可選附加油箱。DA42 MPP是在DA42的基礎上改進的多用途平臺，對機身強度進行了加強，可以外掛不同的任務載荷設備，改裝成為具有特殊用途的特種飛機。

測繪型特種飛機基于DA42MPP平臺改裝，在機頭部位加裝頭艙，內(nèi)置航測相機，在機腹部分外掛腹艙，內(nèi)置激光雷達設備。其構型與尺寸如圖1所示:

圖1　平臺與設備尺寸示意圖

DA42MPP測繪型飛機采用雙發(fā)四座布局，最大起飛重量接近兩噸，使用航空煤油作為燃油，其主要性能參數(shù)如表1所示:

DA42MPP測繪型飛機主要性能參數(shù)　表1

DA42MPP測繪型飛機在機頭部位加裝頭艙，頭艙內(nèi)安裝有航測相機和云臺，頭艙的最大承重量可達85 kg；在機腹正下方加裝腹艙，腹艙內(nèi)安裝有LiDAR激光雷達，腹艙最大的承重量可達30 kg。如圖2所示該飛機正在執(zhí)行航拍任務:

圖2　DA42MPP測繪型飛機作業(yè)飛行中

3　雙載荷任務系統(tǒng)

DA42MPP測繪型飛機同時搭載了航空相機和激光雷達設備。一次作業(yè)飛行，可同時獲取測區(qū)內(nèi)大幅面的影像數(shù)據(jù)和激光點云數(shù)據(jù)，大大降低了作業(yè)成本，提高了航測作業(yè)效率。其系統(tǒng)構成如圖3所示:

圖3　DA42MPP測繪型飛機系統(tǒng)架構

DA42MPP測繪型飛機任務載荷系統(tǒng)包括航空相機分系統(tǒng)、激光雷達分系統(tǒng)、POS慣導分系統(tǒng)、云臺分系統(tǒng)。各系統(tǒng)的質量和功率如表2所示:

測繪型飛機任務載荷質量與功率　表2

4　航測案例分析

4.1測區(qū)及航線設計

本次驗證飛行的測區(qū)位于奧地利維也納新城附近，測區(qū)面積約為6×10 km2，測區(qū)內(nèi)主要地形地貌為平原和山丘，主要地物類型為植被、住宅區(qū)、耕地、施工區(qū)等。

驗證飛行共設計3個航高，分別驗證 1∶2 000、1∶1 000、1∶500成圖比例尺下影像和點云數(shù)據(jù)的質量。其中1∶2 000成圖比例尺，設計航高2 750 m，共敷設航線3條，測線長度32 km；1∶1 000成圖比例尺，設計航高 1 300 m，共敷設航線7條，測線長度 80 km；1∶500成圖比例尺，設計航高800 m，共敷設航線16條，測線長度42 km。航線敷設圖如圖4所示:

4.2原始數(shù)據(jù)質量分析

本次驗證飛行于當?shù)貢r間下午12:30開始，飛機于當?shù)貢r間下午14:40完成作業(yè)，返回機場。飛機用一個架次完成了所有驗證飛行科目，實際留空作業(yè)時間約2 h 10 min，作業(yè)平均速度200 km/h。所獲取的原始數(shù)據(jù)如表3所示:

圖4　測繪航線敷設圖

原始航拍數(shù)據(jù)　表3

數(shù)據(jù)技術指標　表4

如表4所示，經(jīng)分析，此次驗證飛行中所獲取的原始影像的地面分辨率和激光點云的點密度分別滿足且優(yōu)于1∶2000、1∶1000、1∶500成圖比例尺下的國家測繪行業(yè)標準［4］。圖5為部分原始數(shù)據(jù)展示。

圖5　原始數(shù)據(jù)

4.3測繪產(chǎn)品

本次驗證飛行獲取的原始數(shù)據(jù)進行后期處理，可以得到豐富多樣的測繪產(chǎn)品，其中最為常規(guī)的產(chǎn)品有DOM、DSM、DEM等，如圖6所示。

數(shù)字正射影像、數(shù)字地表模型、數(shù)字高程模型具有高精可量測特征，又有數(shù)據(jù)直觀、信息豐富等特征，廣泛適用于國土資源調查，城市發(fā)展規(guī)劃，工程勘察施工，信息決策，災害評估等領域。

5　DA42　MPP測繪型飛機優(yōu)勢及前景分析

目前，國內(nèi)的航拍航測任務主要依靠運-5的改進型飛機和塞斯納208B飛機平臺以及少量其他的平臺，比如空中國王，泰克南，大棕熊等［5］。相對于以上飛機平臺以及所搭載的單任務載荷系統(tǒng)，DA42MPP測繪型飛機具有比較明顯的綜合性優(yōu)勢:

①飛機時速低，低速和高度兼顧，速度冗余量大，可勝任不同要求的航測任務；

②飛機采用雙發(fā)動機配置，大大提高城市上空作業(yè)的安全性；

圖6　測繪產(chǎn)品展示

③飛機具有低紅外和低噪音特性，最大限度降低作業(yè)飛行中對環(huán)境的影響；

④飛機使用通用航空煤油，相比航空汽油，其運行成本較低；

⑤飛機將國產(chǎn)化，維護和保養(yǎng)成本較低；

⑥飛機可同時搭載多任務系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)獲取的效率，從而進一步降低了成本。

DA42MPP測繪型飛機最大的特點是實現(xiàn)了兩套任務載荷系統(tǒng)同時工作，一次飛行獲取兩套數(shù)據(jù)，既提高了作業(yè)效率，也控制了飛行成本，并且，可根據(jù)不同的任務需要，換裝不同的任務載荷系統(tǒng)，比如傾斜攝影相機、高光譜相機、紅外熱成像相機等。根據(jù)目前國內(nèi)航測市場的需求，可以預見，DA42MPP測繪型飛機可勝任的具體項目和應用有:

①常規(guī)1∶2000、1∶1000、1∶500地形圖測圖；

②各比例尺正射影像圖和數(shù)字高程模型；

③國土資源動態(tài)監(jiān)測；

④地理國情普查；

⑤農(nóng)村土地承包經(jīng)營權確權；

⑥集體土地及宅基地發(fā)證；

⑦真三維數(shù)字城市及智慧城市建設；

⑧綠化及植被分類調查；

⑨鐵路公路設計選線；

⑩電力線及油氣管線巡查；

?城市違章建筑動態(tài)監(jiān)測。

6　結 論

基于DA42MPP平臺集成改裝的測繪型特種飛機（雙任務載荷）已成功完成驗證飛行，本文通過對此次驗證飛行案例的分析，首先驗證了高度集成后的任務載荷系統(tǒng)可以同時協(xié)同工作。通過對所獲取數(shù)據(jù)的質量分析與評估，其數(shù)據(jù)質量滿足國家測繪行業(yè)的標準，進一步驗證了該型測繪型飛機能夠勝任國內(nèi)市場的航測需求。

目前，該型測繪飛機已收到多架國內(nèi)同行的意向訂單，并且該型飛機即將在國內(nèi)進行自主生產(chǎn)與銷售。相信在不久的將來，該型測繪飛機會得到更多同行的認可，在我國航拍航測領域發(fā)揮出更大的作用。

［1］李慕晨.基于鉆石DA42MPP平臺的雙載荷測繪型飛機奧地利試飛圓滿成功［M/OL］.

［2］郭慶志.我國低空空域開放對策分析［D］.上海：華東政法大學.2014，D922.296.

［3］Diamond-Aircraft［M/OL］.

［4］CH/T8023-2011.中華人民共和國測繪行業(yè)標準［S］.

［5］吳桐水.中國通用航空發(fā)展展望［J］.航空知識，2003（1）.

DA42 MPP Surveying Aircraft Application Analysis

Yuan Ye1，Tan Chenghua2
（1.CETCA-SMA，Chengdu 611731，China； 2.JINWEI REMOTE SENSING，Nanjing 211100，China）

On Oct.2015，the DA42MPP surveying aircraft had accomplished a demo flight in Austria［1］.We introduce the DA42MPP aircraft，including the key-parameters and features.We also give details information about its dual mission payload onboard.By evaluate on the acquired raw data and its quality，we verify that:the acquired data quality fit the national surveying specification and standard，furthermore，the DA42 MPP surveying aircraft can hold different aerial-surveying tasks.

DA42MPP；surveying aircraft；dual Mission payload；LiDAR；surveying product

1672-8262（2016）04-79-04

P231

B

2016—02—29

原野（1986—），男，工程師，主要從事航空測繪技術（RS&GIS）、特種飛機任務載荷系統(tǒng)應用方面工作。