摘要：在一些较小范围和拐点较多的带状区域中，利用万元以下消费级航拍无人机配合相应的调参和航点规划进行航测，作业过程更为灵活高效，且能够大大节约生产成本。本文对以大疆精灵4Pro为代表的消费级航拍无人机进行专业航测的可能性进行了分析评估，并通过针对性的航测实验和董家口至东营原油管道工程详细测量项目的生产运用进行了验证。经精度检验，成果数据影像分辨率、平面位置和高程精度均能满足小范围大比例尺测图需求。
关键词：航空摄影测量；消费级无人机；数字正射影像图（DOM）；数字表面模型（DSM）
1.引言
董家口至东营原油管道工程详细测量项目是胜利分公司测绘中心2017年4月中标的大型新业务项目，线路总长度364km，需获取以中线两侧100-200米范围的航摄影像，并利用立体测图技术绘制带状地形图，野外调绘、补测加以完善。
前期我们利用中心的天宝UX-5无人机进行了测区绝大部分地段的航空影像采集，在作业过程中发现专业测图机型存在起降点寻找困难、带状区影像获取效率低下、以及空域报备困难等问题。施工中大量的小范围补测区域、改线区域和拐点区域专业机型难以施展拳脚，需要更为灵活的轻小机型配合使用。
大疆精灵4Pro是目前市场上最为常见的消费级小型航拍无人机，其本身并不具备定制化机型的专业测图能力，但随着大疆产品市场占有率的不断提高，出现了如Altizure、Pix4Dcapture、Litchi等很多优秀的第三方航点规划软件，使大疆精灵系列为代表的消费型无人机使用形式更加多样化。
为了验证大疆精灵4Pro进行专业航测的可行性，于董家口至东营原油管道工程项目中的东营区牛庄镇车里村以西的工作段选取1.6km*0.7km范围的带状区域作为试验段；该区域地势较为平坦，测区内包括道路、村庄、沟渠、农田等地物，比较有典型性。
2.技术方法
本项目的实施主要包括外业和内业两部分。首先使用奥维互动地图进行测区的预规划，然后进行测区的踏勘与资料收集，布设像控点并获取像控点三维坐标，进行测区航线的详细规划后将无人机升空获取测区的航拍影像。内业使用Pix4DMapper进行空三处理及图像拼接，最后将成果输出后根据RTK测量的检查点和图上相应位置进行误差检核。
2.1外业工作
为了保证成图精度，飞行作业前在控制区域内共均匀布设了11个像控靶标，其中5个作为内业像控刺点使用，其他6个作为成果输出后的检查点，不参与内业的平差计算。
本次航测作业使用DJIGSpro飞控软件进行航线的详细规划；大疆精灵4Pro本身携带了2000万有效像素的航拍镜头，GSP能够根据航测属性计算出相对航高、飞行速度和拍照间隔。结合踏勘的情况设置相对航高为118米，地面分辨率3.3cm，航向重叠率80%，旁向重叠率70%；起飞时间为下午2点，拍摄参数为ISO:200,光圈：5.0，快门速度1/800秒。飞行时间为48分钟，使用3组电池，共计获得航拍影像818张。
2.2内业工作
将外业获取的航拍影像进行质量检查后批量导入Pix4DMapper，软件会自动对影像定位信息和相机参数进行识别。进行初始化空三处理后，将外业获取的像控点坐标导入工程并通过空三射线编辑器准确刺点，然后根据质量报告的反馈进行相应的增加人工连接点、加载优化参数等工作来提高二次空三质量，使各项指标均满足成图要求。
3.成果检核验证
为了进一步验证精度，将DSM导入Globalmapper与DOM进行套合，并将外业获取的6个检查点三维坐标与图上相应位置进行量取的坐标进行对比检核。依据CH/T9008.3-2010《基础地理信息系统1:500、1:1000、1:2000数字正射影像图》标准，数字正射影像图明显地物点的平面位置中误差不应大于图上0.6mm。
表1影像成果精度验证表（单位：米）
.png)
通过以上的验证数据可知：本测区的DOM平面中误差为±0.071米，检查点最大中误差为0.132米；DSM高程中误差为±0.134米，完全满足小范围大比例尺测图需求。
4.作业优势及效益分析
通过实验测区使用大疆精灵4Pro无人机配合相应的飞控软件和空三软件，完成了从数据采集、空三、特征点匹配、控制点量测、正摄纠正及镶嵌的全过程，并输出高精度、高分辨率的数字影像成果。验证了以大疆精灵4Pro为代表的消费级无人机进行小范围专业航测的可能性。除此之外，使用精灵4Pro无人机作业还有如下几项优势：
（1）机型小巧灵活，可单人轻松携带并便于收纳运输，充分利用无人机和电池的数量优势可进行分段多组配合一次性完成多个测区任务。
（2）断点续航功能很好的弥补了其续航能力的短板，只要电池数量充足，可在有效控制范围内一次性布置较大的测区并分多次起降连贯完成。
（3）和传统的专业测绘型无人机不同，大疆无人机的pos数据是嵌入型的，定位参数被保留在影像之中，不存在误匹配和定位数据丢失问题。只要获取影像的质量合格，其作业成功率是100%的。
（4）大疆无人机增稳云台能够最大限度地控制航拍的稳定性，将飞行姿态对外方位元素的影响降到最低，从而提高后期影像处理定位精度。
（5）大疆精灵4Pro起飞重量为1.4kg，在2018年1月26日民航局下发的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》中，划定最大起飞重量7kg以下的轻型无人机在相应适飞空域中飞行，是不需要申请飞行计划的。
在2018至2019年董家口至东营原油管道工程详细测量项目的施工中，我们共投入4架大疆精灵4Pro无人机，获取了东营段、青州段、临淄段、潍坊段的100余公里的管道选线带状图、东营段、董家口段的6处场站图、以及后期各处的改线带状图的航拍影像，所制作并最终上交的数字成果均符合行业规范标准。
5.结论
通过针对性的试验，以及在董家口至东营原油管道工程详细测量项目中的生产验证说明：在一些较小范围和带状区域航空摄影测量工作中，利用消费级无人机进行大比例尺数字化成图是完全可行的。且作业过程更为灵活高效，并能够大大节约生产成本。在一些较大范围的测区也可充分利用其作业优势成为专业测图机型的辅助和补充。这也充分说明，通过对系统的深入发掘，这类以大疆精灵4Pro为代表的万元以下消费无人机同样能够成为测绘生产的利器，为公司的多元业务项目应用提供帮助。
论文作者:王海亭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/16
标签：无人机论文; 东营论文; 作业论文; 影像论文; 精灵论文; 带状论文; 检查点论文; 《基层建设》2019年第29期论文;