大疆精靈系列無人機在大比例尺地形圖快速成圖中的應用

張文博

摘要：無人機測繪主要是通過無人機對目標區域進行航空攝影，然后利用配套航測數據處理系統，對航拍影像數據進行有效處理，制作出特定區域的數字正射影像圖、數字地形圖等。而大疆精靈系列無人機具有小巧輕便、性能穩定、易上手的特點，可以進行高精度航拍。本文將大疆精靈4 Pro 無人機應用于某地形圖成圖項目中，有效縮短了項目作業時間，充分減輕測量外業工作強度，有效提高了作業效率，在項目實踐中得到了較好的應用。

Abstract： UAV surveying and mapping mainly uses aerial photography of target areas through UAV， and then uses the supporting aerial survey data processing system to effectively process aerial image data to produce digital orthophoto maps and digital topographic maps of specific areas. The DJI Elf series UAV has the characteristics of small and light， stable performance， easy to use， and can perform high-precision aerial photography. This article applies the DJI 4 Pro UAV to a topographic map mapping project， which effectively shortens the project operation time， fully reduces the measurement field work intensity， effectively improves the operation efficiency， and has been better applied in project practice.

關鍵詞：無人機測繪;地形圖成圖;精靈無人機

Key words： UAV mapping;topographic mapping;eidolon UAV

中圖分類號：V279+.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0242-03

1? 大疆精靈系列無人機

大疆精靈系列無人機，是中國深圳大疆創新科技有限公司推出的一款便攜式四旋翼飛行器，由飛行器、飛行控制系統、動力系統、遙控器等部分組成，用戶只需要進行簡單的部件安裝、連接等工作，便可輕松操作無人機飛行和拍攝。

精靈3是一款微小型一體航拍無人機，飛機搭載DJI的智能飛控，擁有精確的姿態算法，穩定的飛控，智能化的電調組合，有效提高了無人機的機動性，使得操縱更加簡單便捷。精靈3能自動記錄航線、飛行距離和時間、起飛地點等飛行信息。

精靈4 Advanced配備1英寸2000萬像素CMOS影像傳感器以及7組8片全玻璃鏡片組成的高解析度鏡頭，同時采用機械快門以降低拖影，關鍵性能與同級別的地面相機相當。

精靈4 Pro搭載了6個視覺傳感器、主相機、2組紅外傳感器、1組超聲波傳感器、GPS/GLONASS雙模衛星定位系統、IMU和指南針雙冗余傳感器，可以在飛行時獲取實時圖像、深度、定位等信息，構建飛行器周圍的3D地圖并確定自己的位置。大疆精靈系列無人機參數對比如表1所示。

2? 無人機測繪的優勢

相比于傳統測繪技術，無人機測繪的主要優勢包括幾下幾點：

2.1 作業成本低、效率高

小型無人機的成本較低，搭載的云平臺相比于其他遙感系統，也有著價格低廉的優勢。例如大疆消費級無人機精靈系統，市場價格約為1-2萬元，整套航拍系統成本低廉。同時，無人機航測無需專業航測設備，操作手經過短期培訓學習即可安全、熟練掌握無人機的整個操作系統，可以快速、便捷的獲取影像數據，作業效率大大提高。

2.2 無人機能夠快速獲取高分辨率影像

無人機屬于超低空飛行，彌補了衛星遙感影像經常受云層遮擋的問題，可以使獲取的測區影像質量大幅度提高。同時，無人機可以進行低空多角度的拍攝，輕松獲取物體多面的高清紋理影像，空間分辨率可達厘米級，可有效用于構建物體的高精度DSM模型，制作出精細的三維立體模型。

2.3 機動靈活、時效性強

無人機無需專用飛機起降場地，可在短時間內完成升空和降落，靈活機動。同時，小型無人機受空中管制制約較少，在建筑物密集的城市區域和南方丘陵地帶，可以充分發揮自身優勢，將大量的野外測量工作轉入內業處理，減輕勞動強度，增強作業時效性。

3? 工程案例

3.1 項目概況

項目為長沙縣某村鎮鄉村路周邊綠化改造，道路全長約2.8公里，道路周邊以大面積田地、池塘、房屋為主，項目要求快速獲取項目區域內道路周邊50m內的地形地物，制作1：1000比例尺地形圖，供設計單位參考利用。

3.2 無人機作業平臺

本次項目所采用的飛行平臺是大疆精靈4 Pro，是一款四旋翼輕型無人機，該機的起飛重量可達1391克，作業飛行速度約為10m/s，最大飛行時間約30分鐘。無人機所帶相機參數如表2所示。

采用的航線規劃軟件為DJI Pilot，該應用軟件是在DJIGo4應用的基礎上打造的，可以完成航線的規劃與計劃，并且自動執行復雜的飛行線路，使得無人機按照預定航線和設定，完成區域內飛行動作。

3.3 作業流程

3.3.1 航線規劃

正式作業前，首先需要對測區進行勘察探測，初步掌握測區地形、地物、交通等方面的信息，查看測區內地形高低起伏差值，從而對無人機飛行航線進行初步規劃。由于大疆精靈4 Pro無人機單片電池容量有限，所以單次飛行作業時長控制在30分鐘內，采用線路分路段、分架次的作業模式，單架次飛行大約1公里左右，以道路中心為中心，拍攝道路兩邊約100m寬度范圍內的影像。

然后設置飛行參數，根據測區實際情況和作業要求，本次飛行設置無人機飛行高度為150m，航向重疊度 70%，旁向重疊度60%等。

3.3.2 像片控制測量

在測區內，需要布設像片控制點。像控點應該選擇在影像清晰、便于準確刺點的目標上布設，多選擇在線狀地物交點和地物拐角點上，約每200m布設一個像控點。控制點坐標采用國家2000坐標系統，測區中央經線設置為東經114°，高程系統采用1985國家高程基準。像片控制點采用GPS-RTK的方法測量，每個控制點平滑測量10次，獲取該點的平滑坐標。GPS-RTK測量像控點的優點是方便快捷，可以直接測定出像控點的平面坐標和高程，不需要再次進行數據后處理。

3.3.3 航空攝影

綜合考慮天氣等情況，選擇航空攝影的日期與時間段，并預先給飛機電池、遙控器、控制平板電腦等設備充滿電。在航空攝影當天，帶好飛機、遙控器、平板電腦等設備到達測區內，選擇相對較平坦、安全的一塊區域進行無人機的起降操作，以免發生起降故障。連接好無人機設備后，即可起飛無人機，使其按照規劃航線飛行，飛行過程中，操作人員需實時監測無人機飛行參數，包括飛行高度、飛行速度、電池電量、飛行拍攝軌跡等，要根據各種實時狀況做出相應的操控，保證無人機的正常作業。若遇到電力不足的情況需先行返航，更換電池后繼續作業。

3.3.4 飛行質量檢查

航攝質量檢查包括對航空攝影成果飛行質量、影像質量、數據質量及附件質量等進行檢查。飛行質量檢查項目有像片重疊度、像片傾斜角、航飛高度、航線彎曲度、航攝漏洞、攝區覆蓋度等內容;影像質量檢查包括影像的最大位移、清晰度、反差、有無遮擋像控點的照片等;數據質量檢查包括數據的完整性、數據的一致性，即無人機飛行軌跡要與規劃航線一致。如果像片質量存在問題，要及時進行補飛。

3.3.5 內業生產

主要是利用數字攝影測量系統對外業獲取的影像數據、控制數據等，按照攝影測量生產規范，進行空中三角測量或獨立模型定向、DEM生產、DOM生產的過程。然后再進行地物的數字化處理，依據地形圖成圖規范，按要求制作測區大比例尺地形圖。

本次作業內業生產采用軟件為Double Grid平民化攝影測量后處理軟件，采用的影像數據處理硬件為Win10 64位旗艦版計算機和立體采集設備。成果產品包括空三定向成果、DEM成果、正射影像成果、DLG數字線畫圖成果。成圖比例尺采用1：1000比例尺，DEM格網間距為1m，正射影像地面分辨率為0.1m，DLG要求采集測區中道路周邊50m范圍內的所有地物和地貌特征。

3.3.6 外業復查

不同于傳統的外業調繪，本次作業所進行的外業復查工作，是在內業成圖完成后，檢查人員到測區進行成果地形圖檢查，對照實地情況，將圖面不夠清晰或者影像上難以辨認的地物進行核實標注，需要的地方再進行適當補測，然后直接在成果圖上進行修改，進一步提高成果質量，同時加快修圖改圖的效率。

4? 作業效率分析

針對該項目的特點與實際需求，將無人機測繪作業效率與傳統測繪作業效率進行對比分析，分析結果如表3所示。

通過以上分析可知，對于測區形狀特殊（如帶狀地形）、測區面積不大、作業時間較短的情況下，大疆精靈系列無人機由于作業便捷、成本低廉的特點，可以縮短作業時間，減輕外業作業強度，有效提高項目作業效率。

5? 結語

無人機測繪技術在行業中發展迅速，在各個領域中都有著廣泛應用，大疆精靈系列無人機成本低廉，性能穩定，小巧靈活，再結合GPS-RTK測量技術，在大比例尺地形圖快速成圖中可以發揮重要的作用。

參考文獻：

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