天寶天鷹X100無人機測繪系統

北京大學遙感與地理信息系統研究所 李 濱

天寶寰宇電子產品（上海）有限公司 宋濟宇 徐以廳

一、引 言

國際攝影測量與遙感學會（ISPRS）在1988年對攝影測量與遙感下的定義為:攝影測量與遙感乃是對非接觸傳感器系統獲得的影像及其數字表達進行記錄、量測和解譯的過程，并進而獲得自然物體和環境可靠信息的一門工藝、科學和技術。按照不同角度，可對攝影測量學進行分類:按距離遠近分有航天攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量、近景攝影測量和顯微攝影測量；按用途有地形攝影測量與非地形攝影測量；按技術處理方法分，則有模擬法攝影測量、解析攝影測量和數字攝影測量。

航空攝影測量是以從飛行器上對地表面所攝得的像片為基礎，根據其幾何特征和物理特征進行量測和分析，從而確定地面上物體的形狀、大小、空間位置及相互關系。目前，航空攝影測量的飛行器有航攝飛機、飛艇、氣球和無人機等。為了擴展測量解決方案的范圍，天寶公司于2012年4月6日宣布收購比利時Gatewing公司，推出了天鷹X100無人機測繪系統。該系統將測繪手段從地面拓展到空中，豐富了測量人員的作業手段，并能快速經濟安全地獲取特定區域的數字圖件，豐富了天寶的測量解決方案。

二、天寶天鷹X100無人機測繪系統

對測量員來說，天寶天鷹X100提供了一種新的測量技術，是對傳統測量技術及測圖技術的有益補充，并且專注于測繪行業，其全自動飛行控制的設計和全自動的數據處理流程，方便了測量員的操作和使用。

1.天寶天鷹無人機測繪系統的組成

天寶天鷹X100無人機測圖系統包含了硬件和軟件兩個部分。硬件部分有固定翼飛行器、控制器、彈射架和攝影部分。天寶天鷹X100無人機的主機采用了EPP加碳纖維的復合結構，在提升了機身耐用性的同時，大大降低了自身重量。其重量不到2 kg，翼展為1 m，幾何尺寸為100 cm×60 cm×10 cm，起飛速度為55 km/h，降落速度為50 km/h，并采用機腹滑行自動著陸方式。電臺通信距離為5～20 km，導航方式采用的則是GPS自主導航，可在操作手簿中進行自動航線規劃。無人機起飛后，巡航速度為75 km/h，滯空時間約45 min，作業高度為100～750 m。系統自帶的相機采用自動拍照方式獲取地面影像，航片重疊率為75%。天寶天鷹X100無人機抗風能力達到60 km/h，約為7級風；抗雨能力為5 mm/12 h，可抗小雨。單次飛行覆蓋范圍為1.5 km2，平均每平方千米航片數量約為600張。在150 m高度飛行時可獲取地面5 cm分辨率的清晰影像（如圖1所示）。

天寶天鷹X100無人機測圖系統包含了數據處理的軟件StretchoutTM，分為桌面普通版和專業版，同時天鷹X100提供了基于云服務器的數據處理的云服務版。使用者可以通過將獲取的RAW格式的影像導入到單機的StretchoutTM進行數據處理，從而獲得高質量的正射影像圖（DOM）和數字表面模型（DSM），或者通過網絡上載數據，利用天寶的云服務獲得上述成果。

圖1 2012年9月26日試飛獲取的影像

2.天寶天鷹無人機測繪系統的數據處理流程

天寶天鷹X100無人機的數據處理流程包括數據獲取、數據處理、影像分析和后處理3個部分（如圖2所示）。在距地面100～750 m的飛行高度上利用集成的數碼相機，并根據事先規劃好的航線，可獲得大量大重疊率的高分辨率RAW格式的影像，并且每條航帶上的影像都有GPS位置及飛行姿態信息。這些RAW格式的影像通過先進的數據處理軟件StretchoutTM制作成高質量的正射影像圖（DOM）和準確的數字表面模型（DSM），是一種有效獲取高精度數字地形模型的手段。真彩色的正射影像的像素分辨率可達5 cm（150 m高度），平面精度1個像素（5 cm）；DSM數字表面模型的點間距可達1個像素（5 cm），平面精度為5 cm（150 m高度），高程精度為10 cm（150 m高度）。不同地物對象的具體的處理參數詳見表1。

在獲得了DOM和DSM后，這些數據還可輸出并導入到天寶強大的攝影測量系統INPHO和智能化影像分析軟件eCognition中，進行空間分析和特征提取。

圖2 天寶天鷹X100測繪系統數據處理流程

表1 各種不同類型目標地物的數據處理參數

3.天寶天鷹X100無人機測繪系統的特點

天寶天鷹X100無人機具有體積小、重量輕、集成度高、響應速度快和作業方式靈活等特點。該無人機采用彈射架彈射起飛，使用者在手簿上設定好航線后，后續的起飛、數據采集和降落都是全自動進行。其降落方式采用的是滑行降落方式，因此天鷹X100對起飛和降落的條件的限制很小，特別適合于小區域突發事件的快速應急反應。

此外，高度自動化也是天寶天鷹X100無人機測繪系統的重要特點。從飛行控制的全自動，到數據處理的全自動，使用者不需要專門的航模操作訓練，普通測量人員即可操作硬件并最終自動的獲得測繪成果。

三、無人機的應用展望

由于無人機有小巧、經濟和便捷的特點，在基礎測繪和區域土地規劃，鐵路、公路與水利等項目的帶狀測圖，建筑、種植園、土地復墾、三維建模、可視化、廢物處理、道路工程、管道（如石油、天然氣等）、林業、洪水、安全評估、侵蝕監測、體積計算、研究（如地質學、考古學等）、資產管理、土地規劃、土地利用監測、大型基礎建設及設施監測、大型露天礦山測量、環境分析、洪水災害評估、災害應急快速響應制圖、土地確權登記，以及結合可見光、近紅外和紅外對森林植被及農作物進行監測、分類與統計等很多領域都有潛在的應用。由于機上載荷的限制，一般只能搭載普通數碼相機，因此也給后續的數據處理技術和方法帶來了新的課題和挑戰。天寶公司的天鷹X100無人機測圖系統將整合天寶現有的產品優勢，為行業用戶提供經濟、便捷、安全、完整的測繪解決方案。