消費級無人機在高速公路服務區改造設計中航測成圖的應用探索

盛 帆，唐建亞，石 夢

(江蘇中路信息科技有限公司，江蘇 南京 210019)

0 概 述

無人機由無線電遙控設備和自主程序控制裝置操作，或直接由車載式計算機自主控制。無人機體積小、機動靈活、高效快速、精細準確、作業成本低、生產周期短等特點，使其不受地域、高度、角度、交通管控的影響，適用范圍與領域寬廣。尤其在國土測繪領域，無人機航測技術的發明與應用更是顛覆傳統測繪作業方式，成為航空攝影測量手段的有利補充。自2003年起，無人機航測技術甚至成為國土測繪領域中大比例尺測圖最主要的測繪技術。

根應用領域的不同，無人機分為軍用和民用，而民用無人機又可被分為行業應用級和消費級。國土測繪領域使用的無人機通常屬于行業應用級無人機，具備完善的飛行控制平臺與地面站。但是，行業應用級無人機一般尺寸較大、飛行載荷較大、操作飛行難度也較大，受其制造工藝與制造技術限制的影響，無人機平臺的造價也較為昂貴。因此，極大限制了行業應用級無人機在其他領域的發展與使用。伴隨著近年來行業應用級無人機市場需求的釋放，消費級無人機市場需求迅速擴增。其中，“大疆(DJI)”消費級無人機作為行業領軍企業，憑借其良好的平臺性能及較低的操控門檻，廣受好評，進而促進了消費級無人機的大量生產與市場投入。

目前，由于消費級無人機造價低廉、荷載配置專業、性能多樣化、操作飛行安全可靠，加之現代科學技術發展下消費級無人機的技術水平再創新高，使其成功進軍行業應用級市場。

1 消費級無人機技術特點

1.1 全自動航線規劃

結合實際的生產需要，本次所使用的是DJI精靈Phantom4 Pro的飛行平臺與DJI GS Pro的飛行控制系統，相較于傳統的服務區改造調查，使用消費級無人機已實現單人或兩人的工作模式，極大減少了改造調查的工作時間，提高工作效率。在前期準備工作中，使用DJI GS Pro飛行控制系統設定需拍攝區域的工作范圍，軟件自動生成相應的飛行航線與航點，用戶設定照片的橫向與縱向重疊率，一鍵起飛進行拍攝任務，完成任務后，無人機自動完成降落工作。

1.2 高效成圖

在完成外業任務的數據采集后，將數據一鍵導入至電腦處理終端。因無人機在拍攝照片的同時，會記錄拍攝點的坐標與高程信息，內業人員可直接進行內業處理，生成一定比例尺的二維正射影像圖。

1.3 性價比高

本次所使用的DJI 精靈Phantom4 Pro飛行器在技術上，有以下優勢：多方位安全避障、低電量(完成任務)自動返航、高穩定性懸停、價格較低，很大程度上提高外業作業人員的操作安全性。

2 實驗工程概況

2.1 服務區概況

本次工程項目屬于高速公路在用的服務區，存在人員數量較大、車流較大等特點，面積約為0.5 km2，該區域覆蓋高速公路、兩側服務區、綠化區域等地形與地物，本次改造與調查為該服務區內車流導向線與停車區線的設計與施工，如圖1所示。

圖1 服務區概況

2.2 數據采集方案設計

本次飛行選用DJI 精靈Phantom4 Pro飛行器，成圖比例尺設置為1∶500，設置飛行高度為100 m，航向重疊率為85%，旁向重疊率為75%，數據處理采用Agisoft PhotoScan。在開始飛行任務前，使用大疆的相機校準軟件對相機進行專業的校準，保證數據采集的精確性。

根據實際區域的情況，劃定相應的飛行區域。因存在地圖糾偏的問題，所以在滿足區域大小的前提下，向區域外側多擴展50 m，保證完全覆蓋目標物，如圖2所示。

圖2 無人機航點航線設計

3 內業數據處理

3.1 內業處理流程

本次內業數據處理作業流程與人工測量流程，如圖3所示。

圖3 流程圖

3.2 內業處理結果

使用Agisoft PhotoScan處理軟件完成對數據的處理，生成相應的二維正射影像圖，因服務區調查與設計標線與導向線的精度要求不高，所以無需對測區進行像控點的布設與測量，最終成圖，如圖4所示。

圖4 服務區左、右幅二維正射影像圖

4 成果對比

在完成本次測設任務后，建立航測與人工測量的成果對比數據，如表1、表2和表3所示。

表1 航測與人工測量時間對比

表2 航測與人工測量精度對比

表3 航測與人工測量成本對比

根據對比分析，消費級無人機航測測量能夠滿足高速公路服務區改造設計中所需要的測圖需求，在成本與精度上遠遠優于人工測量所得到的成果。

5 結 論

本次使用消費級無人機用于高速公路服務區改造設計中的航測，能夠獲取到高分辨率、符合規范要求的大比例尺的產品，而且具有使用簡單、高效率與高性價比等優勢。當然，使用消費級無人機也存在一定的不足，如何提高單次飛行任務的時長、降低飛行平臺成本、提高平臺飛行的操作安全性則是下一階段無人機制造廠商與行業使用者需要解決的問題。

綜上所述，目前為止使用消費級無人機在行業內使用具有良好的應用前景。