侯振國

（山東港通智匯信息技術有限公司,山東 煙臺264000）

隨著小型無人機的普及以及數(shù)字圖像處理軟件的進步,低空無人機攝影測量技術得到了飛躍式的發(fā)展和爆炸式普及,其機動靈活、經(jīng)濟、便捷、高效等特點在各個領域得到了展現(xiàn)。

本文介紹的KCP 運礦路工程案例位于非洲國家?guī)變葋喚硟?道路全長57km,參照國內二級公路標準設計。由于線路較長,且要求盡量少穿越軟基路段、盡量避開低洼及水網(wǎng)密集區(qū)段及不穿越村莊,加上當?shù)亟煌顩r極為落后,可供車輛通行道路較少,這就給設計選線工作提出了極大的挑戰(zhàn)。為了在限期內完成道路選線工作,本次采用了在線路初選后,采用低空無人機攝影測量技術輔助現(xiàn)場踏勘,利用生成的正攝影像對線路范圍內的地形、地貌辨識,配合實地踏勘完成最終的線路設計。本文探討總結了低空無人機攝影測量技術在非洲地區(qū)同類工程中的應用。

圖1 KCP 運礦路設計線路圖

表1 大疆精靈4PRO 無人機主要技術參數(shù)

1 設備選型

本次采用大疆精靈4PRO 型號無人機,其主要技術參數(shù)如表1 所示。

采用此型號無人機原因有三：其一,本次作業(yè)區(qū)域為中國境外,且無人機屬于特殊測量設備,采用較大型號無人機會涉及到海關及技術限制等因素影響,手續(xù)較為繁瑣,大疆精靈4PRO 型無人機體積較小,屬于民用產品,受到限制較少,且攜帶方便,在搭乘飛機時可以隨身攜帶,不用托運；其二,其他體積較小的無人機要么不具備攝影測量功能,要么無法在中國境外使用。其三,大疆精靈4PRO 無人機單機價格較低,由于無人機炸機風險較高,尤其是在山區(qū)地勢落差較大和地面植被較為茂密的測區(qū),從經(jīng)濟因素考慮,改型號無人機無疑是最佳選擇。

除了無人機以外,還需要一臺圖形處理工作站及相關圖形處理軟件,本次使用的軟件有CC、Pix4D、ArcGIS 等圖像處理軟件。

2 工作流程

大致工作流程如下圖：

圖2 無人機航測工作流程圖

由于大部分非洲地區(qū)的缺少統(tǒng)一的地理框架數(shù)據(jù),能為我所用的數(shù)據(jù)更是少之又少,依據(jù)前期在非洲地區(qū)道路施工經(jīng)驗,道路設計方一般首先在第三方軟件（谷歌地圖或者奧維地圖等）公共數(shù)據(jù)的基礎上進行線路初選,然后進行征地和清表,地面清表工作完成之后布設施工控制網(wǎng),所以在選線期間進行的攝影測量都是無像控攝影測量。進行航拍之前應該先將初步設計線路圖形文件進行轉換之后導入到攝影測量航線規(guī)劃底圖中,為規(guī)劃航線所用。

在航拍外業(yè)工作完成后,使用專業(yè)軟件Pix4D 進行拼圖,生成正攝影像,然后再利用專業(yè)的地理信息軟件ArcGIS 進行坐標投影轉換,最后提供給設計人員進行內業(yè)辨識和篩選需要實地外踏勘區(qū)域,踏勘完成后,結合正攝影像圖上進行線路優(yōu)化,優(yōu)化完成后,提取線性文件,形成最后的設計文件。

3 效率及成分析

本次為了提高外業(yè)航拍效率,采用多臺無人機協(xié)同作業(yè),投入3 臺無人機,30 塊電池,兩臺越野車。

圖3 KCP 運礦路設計線路優(yōu)化對比圖

線路設計第一段約14km,按照設計要求寬度200m 寬度作業(yè),單機作業(yè)累計5 天完成本段外業(yè)拍攝。剩余路段再投入3 臺飛機作業(yè)的前提下,2 周完成了所有外業(yè)作業(yè)。

通過本次整個設計選線過程對比,采用低空無機攝影測量技術輔助選線,選線工程師外業(yè)踏勘工程量相對以前減少了90%。整個57km 的線路,通過內業(yè)辨識和確認,設計人員僅需對軟基路段和跨河路段進行實地踏勘,其余路線范圍均通過正射影像在室內辨識和優(yōu)化即可,低空無機攝影測量技術的運用為設計工程師在限期內高質量完成選線工作提供了強有力的支撐,也是低空無人機攝影測量技術運用的一個創(chuàng)新。

本次硬件投入成本及主要交通費用統(tǒng)計如下：

表2 設備及主要費用統(tǒng)計表

4 成果對比

5 經(jīng)驗總結

5.1 無人機運輸時效性

長途運輸有海運和航空運輸兩條途徑,海運從在國內報關、裝箱、海上運輸再到目的地清關,前后要經(jīng)歷2 個月的時間,顯然運輸過程太長,時效性不好,因此,航空運輸成為了首選。由大疆精靈4PRO 于其體積較小,可以作為隨身行李攜帶。

5.2 需配備足夠的電池數(shù)量

由于是大面積攝影航拍,需要連續(xù)作業(yè),無人機的電池續(xù)航時間成為了一個關鍵的制約因素,解決這一不利因素的唯一辦法就是增加電池數(shù)量,配備足夠的電池數(shù)量來滿足一天的工作需要,我們按照每臺無人機配備10 塊電池的配額設計,基本滿足航拍需要。

5.3 避免炸機風險

由于飛行區(qū)域多為山區(qū),地勢起伏變化較快,地面植被多樣且高度不一,所以選擇合適的起飛點和飛行高度非常重要。建議選擇較高的開闊區(qū)域起飛,飛行高度要高于區(qū)域內最高的地物或樹木,一般飛行高度選擇在100 米左右（非洲地區(qū)一般沒有飛行高度限制）。

空中飛鳥也是對無人機安全威脅較大的一個因素,如果無人機飛行高度在60 以下,很容易遭受飛鳥攻擊,造成炸機事故。

6 應用前景探索和技術展望

6.1 應用場景

除了前面所說的道路選線方面的應用外,在土石方計算及礦山儲量計算方面,無人機攝影測量也有很廣闊的前景?，F(xiàn)在非洲地區(qū)處于礦山開發(fā)的高峰期,且都為露天開采,而此類工程所涉及的土石方量計算任務非常巨大,采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法耗時長,效率低,采用無人機傾斜攝影測量,對地形數(shù)據(jù)進行模型重建,生產點云集和三維模型,無論是在經(jīng)濟性和時效性上都會有非常不錯的效果。

6.2 對激光雷達相機的呼喚

一般無人機搭載光學相機,由于光學相機的成像原理和特點決定了在地表被植被茂密的區(qū)域,即使再漂亮的傾斜攝影測量數(shù)據(jù)也無法準確獲知真實的地表地形數(shù)據(jù),這使得另外一種成像方式就呈現(xiàn)在人們的視野中,那就是機載激光雷達相機。但是由于該設備的造價成本太高,對搭載平臺有一定的要求,因此普及應用尚需時日,期望隨著科技的進步和發(fā)展,這種設備也能像現(xiàn)在的無人機一樣普及到我們的日常工作和生活中。

隨著科技的發(fā)展,跨領域融合應用變得越來越普遍,行業(yè)的界限也越來越模糊,先進的技術只有不斷的把它創(chuàng)新應用到實際生產中,才能發(fā)揮出更大的效用,更好的服務于我們的生活。