Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

路 佳，楊立樹，姚益峰

（湖州創(chuàng)新國土測繪規(guī)劃設(shè)計有限公司，浙江 湖州 313000）

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)包含了計算機(jī)視覺、攝影測量、無人機(jī)飛行等多項科學(xué)，并且由于該項技術(shù)具有精度高、已操作、效率高等優(yōu)點，已經(jīng)成為國內(nèi)外普遍關(guān)注的焦點。該技術(shù)主要是利用Phantom 4 Pro無人機(jī)搭載多種傳感器和攝影裝置，實現(xiàn)對地物的測量，通過對測量數(shù)據(jù)的處理建立起真實的三維景觀模型。雖然該技術(shù)能夠高效快速的獲取到三維影像數(shù)據(jù)，并且具有測量成本低等多個優(yōu)點，但是還是存在一些弊端，其中最明顯的問題就是Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)容易受到外界因素影響，存在較大的測量誤差，為此提出Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)研究。

1 Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量概論

大疆無人機(jī)是一種飛行器，在該機(jī)身上安裝自動駕駛儀、GPS裝置、高分辨率攝影裝置以及無線傳感裝置，從而形成了一個完整的Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)。它主要以高分辨率攝影裝置作為遙感影像采集設(shè)備，并采用無線傳感裝置接收和讀取到高分辨率攝影裝置采集到的影響數(shù)據(jù)，通過影像預(yù)處理快速形成三維模型[1]。Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量具備智能化、信息化、數(shù)字化獲取國土、環(huán)境、資源等空間信息功能，同時還兼具數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)建模的新型測繪技術(shù)。Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)與傳統(tǒng)的航天攝影技術(shù)相比具快速靈活、時效性強(qiáng)、成本低、風(fēng)險小等優(yōu)點，同時Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)還具有許多不足之處，比如Phantom 4 Pro無人機(jī)影像姿態(tài)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)重疊度較高，Phantom 4 Pro無人機(jī)影像篇幅較小、數(shù)據(jù)量較多，并且在測量過程中容易受到技術(shù)參數(shù)、外界干擾因素的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果存在較大誤差，所以Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)還不夠成熟，需要對其進(jìn)行優(yōu)化和改良。

2 Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)設(shè)計

2.1 Phantom 4 Pro無人機(jī)航線設(shè)計

根據(jù)Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量需求以及低空數(shù)字航空傾斜攝影規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，首先需要對Phantom 4 Pro無人機(jī)航線進(jìn)行設(shè)計，對其相關(guān)飛行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以保證Phantom 4 Pro無人機(jī)能夠按照預(yù)先設(shè)定的飛行軌跡飛行，其航線設(shè)計如下。

首先要對Phantom 4 Pro無人機(jī)航高進(jìn)行計算，其計算公式如下：

公式（1）中，H為Phantom 4 Pro無人機(jī)航高；f為物鏡鏡頭焦距；GSD為航攝影像地面分辨率；a為像元尺寸。其中GSD具體數(shù)值的確定需要參考測圖比例尺，當(dāng)測圖比例尺為1：500時航攝影像地面分辨率為5cm，當(dāng)測圖比例尺為1：1000時航攝影像地面分辨率為8cm～10cm，當(dāng)測圖比例尺為1：2000時航攝影像地面分辨率為15cm～20cm[2]。設(shè)置完P(guān)hantom 4 Pro無人機(jī)后需要對像片重疊度進(jìn)行設(shè)置，像片重疊度的設(shè)置可以有效減少重疊影像數(shù)據(jù)，通常情況下Phantom 4 Pro無人機(jī)像片重疊度在60%～80%范圍內(nèi)。最后還需要根據(jù)測量區(qū)域的大小確定無人機(jī)航線長度和方向，其計算公式如下所示。

公式（2）、（3）中，B為無人機(jī)實地攝影長度；D為實地航線間隔距離；L和E分別為無人機(jī)像幅長和寬；P和Q分別為無人機(jī)航向和旁向重疊度[3]。按照上述對Phantom 4 Pro無人機(jī)飛行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實現(xiàn)對Phantom 4 Pro無人機(jī)航線設(shè)計。

2.2 Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量

此次選取輕型八翼Phantom 4 Pro無人機(jī)作為飛行器，將其飛行時間設(shè)定為60min，將其安全飛行風(fēng)力設(shè)定為5級，將其無線傳輸記錄設(shè)定為1500m，將其電機(jī)對角軸距設(shè)定為1550mm，將其垂直起降速度設(shè)定為6.5m/s。然后根據(jù)傾斜攝影測量需求選擇多視角航空攝影儀作為攝影裝置，該攝影儀由6個不同視角的航空攝影探頭組成，同步觸發(fā)精度為0.1ms，在測量前需要對該攝影儀相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，具體如下表所示。

表1 多視角航空攝影儀參數(shù)表

做好地面準(zhǔn)備的工作后，選擇一個晴朗的天氣，利用無人機(jī)搭載攝像裝置對待測區(qū)域進(jìn)行測量，首先需要選擇好無人機(jī)起飛地點，并且對Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)地面聯(lián)機(jī)測試，然后根據(jù)測量任務(wù)按照上述對無人機(jī)和攝影裝置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并且將地面控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)導(dǎo)入到飛行器中，待無人機(jī)進(jìn)入航攝區(qū)域后，利用計算機(jī)向無人機(jī)和攝影裝置發(fā)送數(shù)據(jù)和控制命令，令無人機(jī)在預(yù)先設(shè)定的航線進(jìn)行飛行，并利用無線傳感裝置讀取到攝影裝置拍攝的影像數(shù)據(jù)，將其保存起來。最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查并且將其中無用數(shù)據(jù)過濾掉，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺S模型中對測量區(qū)域三維影像進(jìn)行建模。

3 實驗論證分析

實驗以某區(qū)域作為研究對象，該區(qū)域面積為8612.26m2，含有的測量主體包括樹木、水田、民用建筑、水庫等，實驗利用此次設(shè)計技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對該區(qū)域進(jìn)行Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量，實驗將傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)定為對照組，將此次設(shè)計技術(shù)為實驗組，設(shè)計對比實驗。實驗共采集了2452張影像數(shù)據(jù)，其中1552張影像數(shù)據(jù)為斜射影像，剩余900張影像數(shù)據(jù)為垂直影像，共布設(shè)了10條航帶，共布置了500個測點，飛行高度為1500m，實驗利用電子表格記錄兩種技術(shù)測量結(jié)果，利用GHJ軟件計算出測量結(jié)果的測量誤差，實驗將其作為實驗結(jié)果，實驗從實驗結(jié)果中隨機(jī)抽取10個測點測量誤差作為實驗數(shù)據(jù)，對兩種技術(shù)進(jìn)行對比分析，實驗結(jié)果如下表所示。

表2 兩種技術(shù)測量誤差對比（m）

從上表可以看出，設(shè)計技術(shù)測量誤差小于最大誤差限值，并且誤差值比較小，其中最小測量誤差可以達(dá)到0.0011m，最大測量誤差僅為0.0014m。而傳統(tǒng)技術(shù)測量誤差較大，最大測量誤差可以達(dá)到0.9564m，最小測量誤差還為0.6541m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最大誤差限值和設(shè)計設(shè)計，因此實驗證明了設(shè)計技術(shù)具有較高的測量精度。

4 結(jié)束語

本文在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)技術(shù)存在的問題，對其在航線設(shè)計、影像處理等方面進(jìn)行了改良和優(yōu)化，設(shè)計了一個新的Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，在一定程度上降低了Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量誤差，解決了Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)容易受到外界因素影響的問題。此次研究對提高Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)精度，促進(jìn)Phantom 4 Pro無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)廣泛應(yīng)用具有良好的現(xiàn)實意義，但是在研究內(nèi)容方面仍存在一些不足之處，今后仍會在該方面進(jìn)行深入研究。