精灵4RTK无人机免像控仿地飞行在大高差地区中的应用

精灵4RTK无人机免像控仿地飞行在大高差地区中的应用

凌达,徐翔,孙云

云南中地空间信息技术有限公司，云南昆明 650051

摘要：本文以小型无人机应对大高差地区高效采集作业为出发点，对无人机免像控、仿地飞行作业方法进行阐述，通过优化和调整原有航线规划和航飞方式，高效、快速获取影像数据提供技术支持。

关键词：无人机；仿地飞行；免像控；精度分析；

0引言

目前一般的无人机飞行都是采用定高飞行，这就导致了一些地形起伏较大测区由于无人机相对实际地面的高度不同，造成地面分辨率相差较大，部分区域重叠度不够，出现山顶漏洞、建筑物拉花、精度不够等情况。若选择分层航拍，即为了保证测区范围内重叠率在不同的高度规划两次航线。这种方法在山区十分麻烦，需要花费大量的时间爬山，而且不一定可以找到合适的起飞点，分区布设像控点和检查点。同时由于落差依然存在，有时会因为对重叠率的计算不熟悉，导致部分区域的重叠率还是不满足空三要求[1]。

因此，可以精准根据地形变化调整飞行高度的仿地飞行和免像控就是十分有必要的，优点如下：1、可以保持地面分辨率一致；2、高落差地区空三一次性通过率很高；3、节省人力和时间。

1、航测系统

1.1精灵4RTK介绍

精灵Phantom4RTK是一款小型多旋翼高精度航测无人机，面向低空摄影测量应用，具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用，全面提升航测效率。

集成全新RTK模块，拥有更强大的抗磁干扰能力与精准定位能力，提供实时厘米级定位数据，显著提升图像元数据的绝对精度[2]。

1.2航线规划软件

航线规划软件采用遥控器内置GSRTKApp，帮助用户智能控制精灵Phantom4RTK采集数据。GSRTKApp提供航点飞行、航带飞行、摄影测量2D、摄影测量3D、仿地飞行、大区分割等多种航线规划模式，适用于不同的航测应用场景。

2、航测要求

以云南为例，云南属于高原地区地形起伏大，地貌复杂。通常会根据测区不同的高程进行分层航拍。传统作业不当增加了航飞飞行时间，还增加了相控点布设和测量的工作量。

精灵4RTK通过集成全新RTK模块使航片具备高精度pos；高精度pos在空三软件里面具有很高的权重，即当成已知点参与空三；并对相机畸变参数精确标定。并在遥控器内置GSRTKApp的航线规划软件中提供了仿地飞行功能。带来应对复杂地形地貌作业的可能，实现效率与精度的全面提升。

2.1精度影响

根据《低空数字航空摄影规范》规范要求。

大疆精灵4RTK相机采用传感器尺寸:13.2mm*8.8mm，像幅尺寸小:2.41微米，a=132mm/5472=2.41228微米，相机焦距:8.8mm。

在保证测图比例尺精度的情况下，根据H＝（f×GSD）/a，计算出无人机航高。

式中：H为摄影航高，单位为米；f为镜头焦距，单位为毫米；a为像元尺寸，单位为毫米；GSD为地面分辨率，单位为米。

2.2质量影响

航测中对成果数据质量影响的内容包括：飞行质量、影像质量、附件质量等

飞行质量：包括航线设计、航片重叠度、最大和最小航高差、旋偏角、相片倾斜角、航线弯曲度、边界覆盖、像点最大位移值。

影像质量：清晰度、色调、密度、云朵遮挡情况质量。

遥控器内置GSRTKApp通过RTK精确定位，实时对无人机姿态和位置进行纠正；相机也通过半自动化对ISO等相机参数调整，实现航片清晰度和色调的最优化。

2.3基础数据获取

精灵4RTK的仿地飞行功能有两种技术路线：一种是使用自制DSM数据，这种方法更适合城区高低层楼宇交错的地形，可以使仿地飞行更精细，避免产生安全问题；一种是下载地形数据，这种方法更适合山区等地形变化相对有规律无突出地物的测区。

获取数据后通过ARCGIS或GlobalMapper等软件对地形数据进行裁剪和高程异常修改。

3、应用实例

3.1项目概况

云南玉溪某地区耕地分类及面积统计项目，需按1：500测图比例尺要求采集三维模型与DOM。

测区内有地形复杂。山地、峡谷、盆地交错分布，高差有80m。采用传统定高飞，无法高效完成航测任务，且存在后期空三失败的可能性。

3.2作业流程

3.3航线规划

航线规划作业时，使用遥控器内置GSRTKApp中的仿地飞行功能进行作业。此次飞行参数如下：航高100米；航向重叠率80%；旁向重叠率70%；相机角度60%。

3.4模型重建

本次使用大疆智图软件，它是一款提供自主航线规划、飞行航拍、二维正射影像与三维模型重建的PC应用软件。一站式解决方案帮助行业用户全面提升航测内外业效率，将真实场景转化为数字资产。

按照“新建任务（三维模型）——添加照片——空三——重置区域——控三优化——开始重建”流程生产三维模型成果。

模型重建完成后，计算检查点1985高程基准与三维模型大地高的差值，将获得差值对生成的OSGB中的XML索引文件进行改正，最终获得CGCS2000坐标系、1985高程基准的三维模型成果。

3.5精度检查及验证

精度验证使用网络RTK对测区特征点进行采集，检查验证三维模型精度。此次共采集9个检查点。精度检查如下表：

4、总结

应用精灵4RTK无人机能高效、及时获取三维模型、正射影像图。通过自带的仿地飞行功能，结合调整相机拍摄角度达实现仿地和免像控的目标。使其能高效获取复杂地形、地貌测区数据。但由于飞行高度、续航能力和信号等问题，使其作业范围受到限制。在实际作业中需要根据测区情况灵活调整。结合不同设备和测量技术提高自身实践和技术能力，真正提高测绘效率和质量。确保测绘数据的精准性。为测绘行业持续健康发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 蔺建强，甘淑，袁希平等．免像控大疆精灵4 ＲTK无人机在数字校园测图中的应用［J］．城市勘测，2021(1) :84－87+93.

[2] 赖斌.大疆精灵4 RTK仿地飞行在大高差地形测量中的应用［J］．中国水运.航道科技，2020(02)：59-63.

作者简介：凌达（1989-），男，云南，注册测绘师，2010年毕业于昆明冶金高等专科学校，主要从事与测绘、地理信息、无人机航测等相关工作。