基于微型無人機序列影像的快速數據獲取

基于微型無人機序列影像的快速數據獲取

丁佩1，曹馬2

(1. 邳州市規劃局，江蘇 邳州 221300； 2. 北京麥格天渱科技有限公司，北京 100000)

一、引言

隨著城市建設快速發展和數字城市建設的迫切需求，無人機航測系統得到快速發展。衛星和傳統航空遙感存在著分辨率低、測圖周期長、無法滿足小區域航測等弊端。微型無人機航測系統在小區域和飛行困難地區有明顯優勢，在三維數字城市建設、應急救災、國土監測、城建執法、獲取高分辨率正射影像圖方面得到廣泛應用，具有起降靈活、低空飛行、分辨率高、高效精準、實時性強等特點。隨著無人機影像處理軟件技術的發展，通過無人機序列影像獲取正射影像圖、線化地形圖、三維模型等數據變得越來越快捷，特別是三維模型數據，是建立數字城市的基礎數據，具有直觀、逼真、形象的特點。利用無人機航拍和影像建模軟件相結合可快速獲取三維模型數據，成本低，速度快，是數字城市未來發展的趨勢。

二、無人機(UAV)系統

1. UAV系統構成

無人機系統主要包括飛機機體、飛控系統、數據鏈系統、發射回收系統、電源系統等。飛控系統是無人機系統的“心臟”，主要實現對無人機的飛行前后的控制，主要包括任務設置、飛行中緊急情況控制、降落及數據傳輸等，決定無人機飛行的穩定性、數據傳輸的可靠性和精確度。數據鏈系統主要是傳輸遙控指令，以及無人機接收、發送信息等，以保證及時有效的反饋信息。發射回收系統保證無人機順利升空以達到安全的高度，并在執行完任務后從天空安全回落到地面，目前主要有手拋式、彈射架、地面滑跑等起飛方式和傘降、機腹著陸、攔截網等回收方式。小型無人機主要采用彈射發射，而大型無人機則采用起落架或發射車進行發射。

2. Trimble UX5無人機

Trimble UX5無人機飛控系統性能良好，Trimble Access操作軟件自動化程度高，便捷直觀的界面讓操作更加簡潔高效，人工判斷和干預指令少，縮短飛行前的準備時間。TrimbleUX5航測系統采用數碼微單相機，在陰天或多云的天氣條件下，通過調節光圈和曝光時間，也可以獲取到色彩飽滿、細節豐富的航攝相片，確保影像質量和攝影測量精度。Trimble Access軟件可以完成任務設計、飛行計劃、準備情況檢查、飛行狀態監測、緊急控制、飛行數據檢查等功能。在野外操作人員只需按照軟件自動給出的提示一步步進行相應操作即可，對UX5的許多檢查工作由軟件自動完成，而無須操作員的人工干預。

在飛行方面，Trimble UX5爬升角度大，降低了發射凈空要求；在降落過程中，采用引擎反轉技術，降低了降落所需的凈空范圍，可以在30 m×50 m的場地范圍內完成著陸。TrimbleUX5的飛控系統設計，使得它可以在大多數天氣條件下進行作業，出色完成航測任務。Trimble UX5從起飛到降落的整個過程，都由飛機按照預先設定的飛行計劃自動完成，中間無須操作人員進行任何干預。這不僅可以保證操作人員的安全，而且將由于操作人員自身因素或操作不當而造成飛行任務失敗的可能性降低了。在遇到突發事件或者緊急情況時，操作人員可以通過Trimble Access軟件對飛機發出緊急控制指令，以避免危險的發生。如圖1和表1所示。

圖1

三、工程實例

徐連?？瓦B接徐州和連云港，其中部分線路經過邳州市沿途村莊和鄉鎮，沿線建筑物較多，地形復雜。為獲取鐵路沿線的地形地物情況特別是居民地分布范圍，為后期鐵路沿線清障工作提供基礎資料，邳州市規劃系統有關單位用UX5無人機對鐵路設計線路進行航拍，通過Inpho UASMaster軟件進行正射影像圖制作，為專線前期勘測工作提供參考資料。

表1　Trimble UX5數據獲取性能參數

1. 劃定飛行區域

徐連專線為東西走向，鐵路沿線南北寬度50 m需要清障?？紤]到無人機飛行偏差，故設計飛行區域為沿鐵路走向的南北各150 m范圍，每個飛行區域長度約5 km，共設計3個飛行區域。此次實例選定第一航線為例，面積1.5 km2。

當天風向為西偏南風，無人機需要逆風起降，故選擇一開闊小麥地為起飛和降落地點。為獲取高質量的影像，根據無人機性能參數和天氣情況設計飛行參數，見表2。

表2　Trimble UX5飛行參數

2. DOM影像圖制作

無人機起飛和降落狀態良好，在規劃時間和區域內安全著陸，獲取有效航片552張，影像清晰度高，分辨率優于8 cm。經檢查飛行質量和影像質量滿足要求。

影像處理軟件UASmaster具有DOM、DEM和DSM等航空攝影常規產品制作功能，DOM數據處理流程如圖2所示。

第一個架次經過6 h處理完畢，生成的DOM影像數據清晰度高，獲得部分影像圖如圖3所示。

四、結論

1) 無人機航測成本低、性價比好、機動性能好、使用方便。從項目的整體效果來看，影像質量和模型質量都達到預期效果，滿足工程前期勘測需要；從影像獲取到模型制作都實現了高度自動化、快速化和精準化，證明了基于無人機序列影像的三維建模技術可以用于工程的前期規劃和勘測工作，可以大大提高工作效率。

2) 由于小型無人機體積小、重量輕，空中姿態變化大，而飛行高度與影像分辨率有直接關系，故優化飛行路線、選擇適宜的飛行高度和影像重疊率可以獲得高質量的正射影像圖和三維模型。結合影像三維建模軟件可以快速獲取三維模型，代表未來測繪領域三維建模發展的方向，在數字城市建設中具有廣闊的應用前景和明顯的優勢。

圖2　DOM生產流程

圖3

3) 內業處理時間短。本次第一個飛行架次共獲取影像552張，利用影像處理軟件處理需要6 h?？焖偬幚砗脚牡暮Ａ繑祿咚貱PU、大內存的高性能服務器級別的計算機是提高數據處理效率的關鍵。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)

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