李舒宏

(惠州市國(guó)土資源局惠城區(qū)分局國(guó)土資源勘察測(cè)繪隊(duì),廣東 惠州 516001)

0 引言

當(dāng)前,無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的應(yīng)用范圍已經(jīng)變得越來(lái)越廣泛,越來(lái)越多行業(yè)的發(fā)展都離不開(kāi)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)。該技術(shù)屬于獲取空間數(shù)據(jù)的一種有效手段,其不僅具有作業(yè)成本低、效率高的特點(diǎn),而且還具備適用范圍廣、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)勢(shì)。因此,其在自然資源測(cè)繪工作中有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值[1]。將無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)用于自然資源測(cè)繪中,可顯著提升測(cè)繪的準(zhǔn)確性及安全性。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)應(yīng)用分析

因大部分測(cè)試都是一個(gè)形狀不規(guī)則的多邊形,所以非常有必要根據(jù)安置點(diǎn)的范圍選擇合理的飛行區(qū)設(shè)計(jì),以便于后期的數(shù)據(jù)加密處理,并獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果[2]。在無(wú)人機(jī)中,用戶可選擇的飛行區(qū)域類型包括多邊形、矩形、帶狀等。為了便于后期的繪圖,本設(shè)計(jì)需要將一般飛行區(qū)域規(guī)劃為一個(gè)矩形或一個(gè)沒(méi)有轉(zhuǎn)彎的條帶。根據(jù)已安排的飛行區(qū)域,設(shè)計(jì)人員點(diǎn)擊要生成選項(xiàng)的航路,選擇相應(yīng)的無(wú)人機(jī)型號(hào),點(diǎn)擊確定。本次航測(cè)選擇的無(wú)人機(jī)型號(hào)為DJISpirit4PRO。在設(shè)計(jì)人員選擇相應(yīng)機(jī)型且點(diǎn)擊“確認(rèn)”后,航線自動(dòng)生成。需要特別注意的是,本次生成的航線是一條基本的航線,航線的所有參數(shù)將全部顯示在左側(cè),如地圖比例尺,航拍圖像的分辨率,航線旁邊的重疊程度,無(wú)人機(jī)高速飛行架次、飛行時(shí)間和平均高度測(cè)量區(qū)域的相對(duì)導(dǎo)航。在這里,設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)具體的測(cè)量要求調(diào)整每架次的飛行參數(shù)。例如:當(dāng)最終結(jié)果需要提交1 ∶500 地形圖時(shí),設(shè)計(jì)人員可根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整航向重疊率和側(cè)面重疊率或降低飛行高度。在這兩種方法中,在確保飛行安全的前提下,首選的是降低飛行高度。

2 廣東省典型區(qū)域無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)項(xiàng)目

2.1 任務(wù)概述

“廣東省典型區(qū)域無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)采購(gòu)項(xiàng)目”由環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心委托筆者公司(西安新華測(cè)繪有限公司惠州分公司)完成。筆者公司根據(jù)合同要求,為廣東省范圍內(nèi)14 個(gè)區(qū)域提供無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)編輯處理測(cè)繪服務(wù)。

2.2 投入人員、設(shè)備、軟件情況

本項(xiàng)目共投入內(nèi)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)人員2 人、外業(yè)航攝人員3 人、汽車1 輛,并選用大疆精靈4pro 無(wú)人機(jī)2 架(見(jiàn)圖1),實(shí)施野外數(shù)據(jù)采集。大疆精靈4pro 無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)如下:影像傳感器1 英寸CMOS 有效像素為2 000 萬(wàn),最大可承受風(fēng)速為10 m/s,最長(zhǎng)飛行時(shí)間約30 min,衛(wèi)星定位模塊為GPS/GLONASS 雙模,地面站選擇Map Pilot(正射影像數(shù)據(jù)獲取)、Litchi(全景數(shù)據(jù)采集)和Pix4Dcapture(傾斜數(shù)據(jù)獲取)。選擇的理由如下:Map Pilot 能導(dǎo)入KML 文件,并支持更換電池繼續(xù)未完成的任務(wù)功能,而且Map Pilot 的離線地圖是非常清晰的衛(wèi)星影像圖,非常有利于航線控制;Litchi 是一款多功能地面站軟件,其中的全景拍攝功能簡(jiǎn)單易用;Pix4Dcapture 不但有雙網(wǎng)格交叉任務(wù)模式還有環(huán)形任務(wù)模式,這些功能使得單鏡頭無(wú)人機(jī)擁有獲取傾斜數(shù)據(jù)的能力。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件選用Pix4Ddesktop(正射影像數(shù)據(jù)處理)、PTGui(全景數(shù)據(jù)處理)和Acute3D(三維數(shù)據(jù)處理)。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)實(shí)

2.3 航攝采集方法

2.3.1 內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作

內(nèi)業(yè)人員要進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作:(1)確定位置。根據(jù)項(xiàng)目給定的范圍,工作人員確定測(cè)區(qū)位置、大小,判斷利于飛行的起降點(diǎn);使用百度地圖查找周邊導(dǎo)航目標(biāo)潮州市太安堂博物館;找到位置后,把潮州市太安堂博物館的位置標(biāo)記下來(lái),等前往時(shí)可以將其設(shè)置為導(dǎo)航到達(dá)的目的地。(2)保存文件。使用iTunes 軟件將KML 文件保存到Map Pilot 軟件中;在Map Pilot 軟件中加載KML 文件,加載后設(shè)置飛行范圍,進(jìn)行保存;在保存的任務(wù)中打開(kāi)文件,只要底圖清晰正常即可。到此,內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作完畢。(3)選擇采集環(huán)境。需要根據(jù)天氣預(yù)報(bào)選擇無(wú)雨且風(fēng)力小于4 級(jí)的日子,安排人員前往現(xiàn)場(chǎng)。

2.3.2 外業(yè)采集步驟

外業(yè)人員要進(jìn)行以下外業(yè)采集步驟:(1)查看周圍環(huán)境,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素選擇合適的起降點(diǎn)。(2)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行起飛前檢測(cè),如電壓是否正常、指南針校準(zhǔn)、SD 卡內(nèi)存是否充足等。接著,第一架次使用Litchi 地面站控制無(wú)人機(jī)升空,觀察測(cè)區(qū)環(huán)境、最高建筑物高度、高壓線走向、高壓塔的高度和位置等。(3)讓無(wú)人機(jī)升到一定高度,使用Litchi 地面站的全景模式進(jìn)行全景拍照,獲取全景原始照片。(4)第一架次飛行后使用Map Pilot 地面站控制無(wú)人機(jī),加載原先保存的項(xiàng)目,執(zhí)行航拍任務(wù),即可獲取正射原始照片。(5) 使用Pix4Dcapture 地面站控制無(wú)人機(jī),使用雙網(wǎng)格交叉任務(wù)模式,根據(jù)實(shí)地情況和主體工程位置,設(shè)置飛行范圍,進(jìn)行傾斜攝影以獲取傾斜原始照片[3]。

2.3.3 外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況

在外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)的過(guò)程中,無(wú)人機(jī)主要利用其超長(zhǎng)滯空時(shí)間,并利用所攜帶的攝像機(jī)將整個(gè)外界所需要的影像資料進(jìn)行全面的拍攝。無(wú)人機(jī)拍攝的費(fèi)用相對(duì)較低。此外,無(wú)人機(jī)還能夠結(jié)合不同地域的相關(guān)情況進(jìn)行全景式拍攝。在拍攝過(guò)程中,無(wú)人機(jī)還能發(fā)揮定位的作用,精準(zhǔn)地查找所需要的點(diǎn)位。這對(duì)于其他攝影器材來(lái)說(shuō),是完成不了的任務(wù)。

無(wú)人機(jī)在土地資源管理中的作用也十分明顯。對(duì)于當(dāng)前全面的土地確權(quán)工作,由于部分地區(qū)的地形比較復(fù)雜,氣候環(huán)境較為惡劣,如果單純依靠人力來(lái)完成土地的測(cè)量,其工作量會(huì)非常大,所耗費(fèi)的資源也會(huì)非常多。而無(wú)人機(jī)勘測(cè)技術(shù)可以較好地解決這一難題。將無(wú)人機(jī)的相關(guān)參數(shù)設(shè)定好之后,無(wú)人機(jī)進(jìn)入飛行狀態(tài),然后根據(jù)每戶農(nóng)民的土地面積和位置分布情況進(jìn)行全面測(cè)量和定位,精準(zhǔn)地確定每戶農(nóng)民土地的位置、大小和方位。這對(duì)于確保環(huán)境惡劣地區(qū)的土地勘測(cè)工作起到重要的推動(dòng)作用,同時(shí)在一定程度上也減少了安全事故的發(fā)生,既能夠保證測(cè)量人員的安全,又能夠提升用戶的滿意度,起到一舉兩得的作用[4]。同樣,無(wú)人機(jī)在地質(zhì)災(zāi)害以及在低空作業(yè)過(guò)程中發(fā)揮的作用也十分明顯,受到用戶的喜愛(ài)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

2.4.1 正射影像處理

工作人員利用Pix4Ddesktop 軟件處理正射影像,步驟如下:(1)導(dǎo)入相片,設(shè)置POS 的坐標(biāo)系。(2)在導(dǎo)入相片后,根據(jù)設(shè)置好的處理選項(xiàng)處理。(3)處理完成后,操作者可以得到所需要的成果報(bào)告、TIFF 格式和KML 格式的正射影像圖。報(bào)告中的平均地面采樣距離(Ground Sampling Distance,GSD)4.26 cm/1.67 in 表示此項(xiàng)目的GSD 為4.26 cm,符合分辨率優(yōu)于10 cm 的要求。報(bào)告中的Area Covered 0.983 km2/98.295 9 ha/0.379 7 sq.mi./ 243.02 acres 表示覆蓋面積為980 000 m2,符合不得小于500 000 m2的要求。工作人員可以在其他查看軟件中查看TIFF 格式正射影像圖的坐標(biāo)、距離、面積等信息,可以通過(guò)Google Eart 軟件查看KML格式正射影像圖的坐標(biāo)、距離、面積等信息,還可以跟以前的衛(wèi)星影像做對(duì)比,查看和分析測(cè)區(qū)的變化情況。

2.4.2 全景影像處理

工作人員利用PTGui 軟件和Photoshop 軟件處理全景圖,利用PTGui 軟件合成一個(gè)全景圖,找到一個(gè)比較合適的天空?qǐng)D,使用Photoshop 軟件把天空補(bǔ)上,生成最終的全景圖。

2.4.3 三維影像處理

工作人員使用Acute3D 軟件處理三維模型,將照片全部導(dǎo)入軟件中,進(jìn)行空中三角測(cè)量,得到相片的準(zhǔn)確位置,提交重建項(xiàng)目,設(shè)置輸出格式、坐標(biāo)系統(tǒng),生成三維模型。

3 結(jié)語(yǔ)

各行各業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)分析和處理的需求不斷擴(kuò)大,這也對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。無(wú)人機(jī)的價(jià)值不再是簡(jiǎn)單的飛行,而是能夠提供關(guān)于數(shù)據(jù)融合應(yīng)用平臺(tái)的解決方案。這進(jìn)一步表明,無(wú)人機(jī)為大數(shù)據(jù)收集提供了廣闊的空間,也可以為天氣監(jiān)測(cè)、交通流量監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)測(cè)等提供豐富的數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)收集的數(shù)據(jù)也將助力無(wú)人機(jī)行業(yè)本身,使其能夠在海量數(shù)據(jù)的支持下自主飛行。公司始終堅(jiān)持以技術(shù)進(jìn)步和科技創(chuàng)新引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)。在新一輪測(cè)繪技術(shù)升級(jí)的過(guò)程中,公司應(yīng)緊跟測(cè)繪技術(shù)發(fā)展的步伐,積極適應(yīng)市場(chǎng)的需求,自籌資金購(gòu)買兩架測(cè)繪無(wú)人機(jī),將測(cè)繪無(wú)人機(jī)應(yīng)用于自然資源測(cè)繪項(xiàng)目中。