低空攝影測量無人機(jī)航跡規(guī)劃的設(shè)計與實現(xiàn)

呂云兵

(四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司， 四川 成都 610072)

低空攝影測量無人機(jī)航跡規(guī)劃的設(shè)計與實現(xiàn)

呂云兵

(四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司， 四川 成都 610072)

無人機(jī)攝影測量技術(shù)合理應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，能夠有效地降低了生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)業(yè)效率。本文通過對無人機(jī)的航跡規(guī)劃進(jìn)行簡單的分析，并提出兩種航及規(guī)劃的方法，通過相關(guān)產(chǎn)業(yè)中實際應(yīng)用的情況，給無人機(jī)飛行測量任務(wù)未來的發(fā)展提供科學(xué)合理的規(guī)劃方法，進(jìn)一步提高無人機(jī)在低空攝影測量方面的應(yīng)用，并且提高作業(yè)完成的效率。

航跡規(guī)劃技術(shù)；間隔航帶法；低空攝影測量

0 引言

在信息技術(shù)的發(fā)展帶動下，低空攝影測量無人機(jī)技術(shù)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，不同于傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)，應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行攝影測量這種航測技術(shù)，最大程度的提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且操作靈活，圖片影像的分辨率較高。但是無人機(jī)在工作過程中對飛行和攝影技術(shù)的要求極高，因此對無人機(jī)航跡規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行深入研究的重要性就凸顯出來。

1 低空攝影測量無人機(jī)航跡規(guī)劃設(shè)計

（一）無人機(jī)航跡規(guī)劃

無人機(jī)的航跡規(guī)劃是無人機(jī)在執(zhí)行測量攝影任務(wù)前必須要做的一項工作，無人機(jī)的航跡規(guī)劃工作主要是對包括飛行作業(yè)的地質(zhì)情況、任務(wù)內(nèi)容、外界環(huán)境等所有影響飛行和作業(yè)效果的條件進(jìn)行分析，制定出最佳的飛行路線，確定飛行航線最短、任務(wù)完成情況最佳的同時還要確保飛行過程的安全，燃料消耗最少。攝影測量無人機(jī)的飛行任務(wù)需要按照預(yù)先設(shè)定好的路線，沿途拍照取景，獲取任務(wù)區(qū)域的影像圖，再由相關(guān)技術(shù)人員通過軟件制作形成數(shù)據(jù)影像圖。無人機(jī)的工作流程主要分為六個部分，分別是：①接受飛行任務(wù)；②對飛行任務(wù)進(jìn)行分析；③做好飛行前的相關(guān)準(zhǔn)備和任務(wù)規(guī)劃；④完成飛行作業(yè)；⑤無人機(jī)返回；⑥進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終提交飛行任務(wù)成果。而無人機(jī)航跡規(guī)劃的設(shè)計作為任務(wù)規(guī)劃中最重要的任務(wù)，只有合理規(guī)劃了飛行航跡，才能夠提高工作效率，保證結(jié)果準(zhǔn)確。

（二）無人機(jī)測量航線設(shè)計

對無人機(jī)的航線進(jìn)行模型設(shè)計中，第一步要確定大致的飛行航帶，在確定了航帶方向，在對航跡進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃。航帶方向的規(guī)劃要對任務(wù)區(qū)域的地理形狀進(jìn)行充分的考慮，最大程度減少無人機(jī)轉(zhuǎn)彎飛行的次數(shù)，重點考慮區(qū)域內(nèi)風(fēng)場等影響無人機(jī)飛行的環(huán)境因素，避免無人機(jī)受影響而偏離航跡，通過對各種條件的充分考慮，確定無人機(jī)飛行航帶的方向后，保證無人機(jī)不會被因為客觀因素而偏航，才能進(jìn)一步保證無人機(jī)攝影成果的完整。然后要計算航帶間距、進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，最終生成航線?，F(xiàn)階段國家對于航線設(shè)計的方法主要有兩種，分別為順序航帶法和間隔航帶法，順序航帶法以起點開始，在航線中增加過渡點，通過這種方法，盡可能的保證無人機(jī)能夠做到直線飛行，從而加強(qiáng)攝影任務(wù)成果的保存。間隔航帶法根據(jù)航帶間距公式，進(jìn)行航跡規(guī)劃，做到在航跡的間隔點和邊界時，避免無人機(jī)出現(xiàn)因為偏離航線導(dǎo)致漏拍的情況發(fā)生。

2 低空攝影測量無人機(jī)航跡規(guī)劃實現(xiàn)

根據(jù)上述無人機(jī)低空攝影測量航跡規(guī)劃的相關(guān)算法，結(jié)合3DGIS和GPS等技術(shù)，設(shè)計出可以自動規(guī)劃無人機(jī)航跡的設(shè)計系統(tǒng)，通過在系統(tǒng)中輸入飛行任務(wù)要求和影響飛行的相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)利用間隔航帶法和順序航帶法自動計算，制定出合理的飛行軌跡，通過Visual C#等技術(shù)開發(fā)出無人機(jī)低空攝影測量路線參數(shù)計算與規(guī)劃系統(tǒng)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各種方面，其中對土地經(jīng)營權(quán)確權(quán)和電力勘測工程中最為廣泛。

（一）對土地經(jīng)營權(quán)確權(quán)的應(yīng)用

無人機(jī)攝影測量軟件最終形成的高精度正攝攝影底圖，對于判斷土地經(jīng)營權(quán)確權(quán)方面具有極強(qiáng)的可行性，但是土地經(jīng)營權(quán)確權(quán)方面，還存在一些漏洞，因為飛行軌跡等多種因素，使得測量底圖的精度較差，無法滿足確定土地經(jīng)營權(quán)工作的需求，通過對無人機(jī)技術(shù)路線的設(shè)計，從根本上提升土地確權(quán)的工作質(zhì)量。以某地為例，該地的地理情況較好，地勢較為平坦，海拔較低，通過將降水量、平均氣溫、日照時數(shù)等相關(guān)參數(shù)輸入到航跡路線規(guī)劃系統(tǒng)中去，得出具體的技術(shù)路線設(shè)計圖，無人機(jī)航跡規(guī)劃系統(tǒng)一共規(guī)劃了25條航線，在航線過程中結(jié)合了間隔和順序兩種航帶法設(shè)置了37個控制點，再通過空中三角測量技術(shù)提高攝影地圖的精度。通過無人機(jī)航跡規(guī)劃設(shè)計技術(shù)，在該地區(qū)的三個試驗點，都完成了任務(wù)航飛總面積攝影測量技術(shù)，在最短的航線內(nèi)，拍攝了 463張圖片，保證攝影底圖質(zhì)量清晰分辨率高，并且在航線內(nèi)設(shè)置像控點，提高無人機(jī)飛行任務(wù)中的安全保障。將無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)的確權(quán)任務(wù)，并且也應(yīng)用路線規(guī)劃技術(shù)保證了土地測定邊界點和臨近控制點之間的誤差減小、精度提高，最大程度的滿足了土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)任務(wù)對于精度的要求。通過不斷地加深對于無人機(jī)航跡規(guī)劃設(shè)計的研究，能夠更加清晰直觀的反應(yīng)攝影測量的結(jié)果，利用航測法得到相應(yīng)區(qū)域的比例尺底圖。

（二）在電力勘測工程中的應(yīng)用

利用無人機(jī)攝影測量的特點，在電力勘測工程中無人機(jī)航空攝影測量系統(tǒng)的重要特性得到了充分的發(fā)揮，在云層下實施航拍，快速取得電力勘測數(shù)據(jù)。并且無人機(jī)攝影測量無需辦理空域申請，節(jié)省了勘測成本，提高了勘測的工作效率，縮短工作周期。中國幅員遼闊，需要架設(shè)的電網(wǎng)線路較多，據(jù)科學(xué)統(tǒng)計，國家每年都有數(shù)千公里的線路架設(shè)工程，但是這些線路路程較短，工程時間緊張，航飛拍攝測量會浪費(fèi)大量的工程時間，造成后期工期不足，難以保證工作質(zhì)量。而輸電線路的安全尤為重要，對于線路保護(hù)運(yùn)行維修，日益得到重視，如果仍舊采取傳統(tǒng)的測量方法，電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量將無法保證，通過無人機(jī)測量系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以滿足電力系統(tǒng)的需要，而且無人機(jī)的航跡規(guī)劃技術(shù)能夠根據(jù)線路的具體情況，規(guī)劃處最優(yōu)的選線作業(yè)方案，縮短測量時間、并且提供出高精度的勘測數(shù)據(jù)，滿足工程勘測的需要。某電力企業(yè)在輸電線路的假設(shè)中不僅使用了無人機(jī)進(jìn)行攝影測量，并且將線路的運(yùn)行維護(hù)工作中也投入了無人機(jī)技術(shù)，利用無人機(jī)對于線路航跡的規(guī)劃技術(shù)，安排合理的日常巡線，完成在線監(jiān)測等任務(wù)。無人機(jī)航線軌跡在面對較短的任務(wù)區(qū)域中，只需要一條航帶，保證線路最優(yōu)的同時，簡化了作業(yè)流程，減少了后期對于空三的處理工作量。

總結(jié)：綜上所述，文中提出兩種不同的航跡規(guī)劃的方法，通過將航跡規(guī)劃的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)一步應(yīng)用到無人機(jī)低空攝影中去，根據(jù)任務(wù)地區(qū)的實際情況和任務(wù)要求，選擇合適的航跡規(guī)劃方法對攝影測量任務(wù)的路線進(jìn)行規(guī)劃，促使無人機(jī)在攝影測量中得到最準(zhǔn)確的測量結(jié)果。將無人機(jī)攝影測量技術(shù)廣泛應(yīng)用到對電力勘測工程、城鄉(xiāng)地籍等各種需要攝影測量的工作中，從根本上提高工作效率。

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TU7

B

1007-6344（2017）09-0099-01

呂云兵（1976-），工程師，本科，主要從事測繪工作。