【Phantom4RTK无人机测绘研究5100字（论文）】

IPhantom4RTK无人机测绘研究目录TOC\o"1-2"\h\u28866Phantom4RTK无人机测绘研究 16896一、前言 131463（一）无人机大比例地形图测绘特点及研究意义 16255（二）无人机大比例尺测图发展现状 215555二、无人机摄影测量系统原理 331086（一）Phantom4RTK无人机系统简介 39511（二）在外作业注意事项： 48386三、飞行流程及数据采集 51484（一）手持端外业采集 54751（二）线任务及建图规划 1011858参考文献 14摘要：无人机测图在近年来成为一个趋势，采用无人机进行外业测量极大的减少了获取大比例尺图形图的外业工作。在市场需求不断提升的一个背景下，各类专业版测图无人机出现在了市场，以大疆为代表的就是精灵Phantom4RTK。精灵Phantom4RTK是一款小型高精度飞行多旋翼无人机。它是专为低空摄影测量应用而设计的，它配备了厘米级的导航和定位系统以及现代化的高性能成像系统，可以迅速且高效地实现高分辨率的航空影像、数字高程模型DEM和正射影像图DOM等多种类型的数字产品。采用精灵Phantom4RTK无人机航测方式，可应用于农业、林业、电力巡检、国土规划用图等领域，在不方便外业人员作业的地区，如高原部分地区，农村土地确权工作开展,以及部分山区、高危地势地区地形图的获取,具有深远的意义。关键词：精灵Phantom4RTK无人机；测绘；摄影测量一、前言（一）无人机大比例地形图测绘特点及研究意义由于传统航空航天测量技术设备的成本较高、时效性差、受到天气状况影响较大等问题，多数被广泛应用于各种范围内的中小规模比例尺下的测量任务。而基于无人机平台的航空测量技术则具有制造成本低、时效性强、机动灵活等优势，能够快速且高效率地实现高分辨率航空影像拍摄、实现数字高程模型DEM和数字正射影像图DOM等多种数字产品的生成，并通过一系列产品后处理加工而形成大比例尺的地形图，在城市规划、自然灾害事件应急处置、地理国情监控等各个领域都具有独特的优势，正在发展成为人们获取更多空间地理资料的重要工具。基于无人机平台的航空测量技术在各种应急救援和小区域内快速采集资料获取并制作成像图表等方面具备的独特性和技术优势，它既是对常规航空摄影测量技术手段的有效补充，也是对大比例尺地形图的测绘技术手段的一种创造性改进。大疆精灵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，其自身具备5个方向（前后左右下）的避障功能，可以超低空飞行，同时具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用。（二）无人机大比例尺测图发展现状遥感处于地理信息产业的最前沿，可以在地形图绘制方面大展身手。现代科学技术设备正在挑战传统的获取地理空间数据的方法，并且随着遥感技术的进步，高分辨率卫星的大量使用以及航空遥感技术的发展，使它成为一种可靠的数据收集方法，为外业数据获取带来了鲜血。但是，新时代对数据收集方法提出了越来越高的要求，同时也突出了卫星数据收集的缺点，例如时效性差和回访时间慢等不足之处。与卫星遥感相比，传统的航拍更加灵活，图像质量更高，但是其作业流程过于复杂,天气系统对其的限制也比较多。同时，随着诸如移动通信技术和传感器之类的新一代技术的引入和发展，用于测绘的无人机技术已经发展成为廉价，低成本，高精度和易于使用的遥感技术。成像设备在测绘，数字城市建设，地理位置和国情监测以及自然灾害应对等各个方面均取得了出色的实践成果。无人机测量和制图成本低且易于操作，它不受起飞和降落地形的限制，并且可以适应各种地形和天气条件。现阶段的低空航空摄影正成为获取空间和地理信息的重要工具。利用无人机进行大比例尺地形图测绘通常只需要低空飞行，因此空域申请便利，在有些不受限制的地方基本不需要申请空域，受气候条件影响较小，具备快速航测反应能力，对起降场地的要求小，特别是多旋翼无人机，一分钟可实现垂直起降，无需专用场地。在外业作业过程中极大的减少了工作人员的风险，能够解决人工探测无法达到的地区监测功能。根据任务要求每天可获取数十至数百平方公里的航测结果，减少了外业的工作量，从而降低了生产单位的成本，改变了传统测绘工作模式。二、无人机摄影测量系统原理现阶段的摄影测量的应用有很多，但它们的基本理论和原理是相同的，也就是说，它们都是基于摄影构图的数学模型。对于照片，此数学模型基于共线性原理。在拍摄过程中，对象的三个点，镜头的中心和图像的点对齐。由此导出的方程式称为共线性条件方程式或构象方程式。对于一对立体图像（由不同的摄影站拍摄的两张照片，它们具有一定的图像重叠），可以获得一个可以显示内部和外部几何关系的数学模型。实际上，这些数学模型构成了单个图像的理论基础。以上数学模型构成了图像摄影测量法和双（立体）摄影测量法。（一）Phantom4RTK无人机系统简介Phantom4RTK这架无人机是一款小型高精度飞行多旋翼无人机。它是专为低空摄影测量应用而设计的。它配备了厘米级的导航和定位系统以及现代化的高性能成像系统。它支持RTK，PPK和实时数据。精灵Phantom4RTK进行了飞行控制时钟同步设计，相机和RTK实现了微秒的同步，并且相机的记录时间以毫秒为单位，因此图像具有更精确的位置信息，可以满足高精度航拍的需求，而无需视觉控制瞄准点中的对准点。支持没有可视控制点的三角形空气可以简化该过程并减少时间成本。它还自动记录准确的位置，姿势，置信度，镜头校准参数等，提供准确的航拍照片输出，并支持各种任务场景的操作和后处理需求。Phantom4RTK无人机主要可以同时支持实时差分定位(RTK)和实时后差分定位(PPK)其中，RTK标称精度为水平1cm±1×10-1×D。垂直1.5cm±1×10-6×D。RTK服务类型有3种，分别为专配的D-RTK2移动站、千寻网络RTK服务和自定义网络RTK(即省市级或自建CORS站)。在移动网络信号不佳的情况下，可关闭RTK模式，航摄时在已知点上架设GPS静态基站，航摄完成后进行后差分处理即可得到高精度的位置和姿态数据。精灵4RTK的理论续航时间为30min，实际作业中为保证安全降落，无风状态下的飞行时间一般控制在20mim以内。另外，精灵4RTK可提供远达7km的高清图传，做到随拍随看。精灵4RTK搭载的像机的具体参数：像幅大小/像素5472×3648，像元0.0024mm，焦距8.8mm。精灵4RTK的遥控器上安装有GSRTK软件，可完成航线规划和无人机控制飞行，支持导入航摄区域范围。结合遥控器内置APP以及大疆PC地面站专业版，同时可扩展第三方专业建模软件，组成完整的软硬件解决方案，大幅降低航空摄影测量使用复杂度，产品如图2.1所示。图2.1配套产品合影（二）在外作业注意事项：（1）申报空域：准确了解测区概况，提前了解测区条件是否需要申报空域，如果测区内有机场，军用电台，军事基地等场所需要向有关部门提出申请。（2）现场风力，关系无人机是否能飞行，飞行姿态的稳定性，PHANTOM4RTK抗风等级4级。（3）起飞区域尽量空旷，地面平整且无大量尘土，天空通视，周围不宜有太高遮挡物。（4）数据采集过程：无人机外表，桨叶等硬件要确保完整性，确保电池应在正常温度下没有鼓包，可完整插入电池仓；飞行过程中观察无人机状态，观察测区内是否有超高建筑物，是否常有鸟类影响；每个架次下来都要重复检查飞行器的机身是否完好。三、飞行流程及数据采集（一）手持端外业采集遵守“先开后关”原则，短按再长按启动，如图3.1所示。图3.1开机方式在网络诊断方面，点击进入网络诊断确保飞行器4G网络能正常连接，如图3.2所示。图3.2网络诊断接受RTK信号模式选择“网络RTK”，开启RTK模块，进入执行界面，确保飞行器进入RTK界面，如图3.3所示，如下图3.3所示。图3.3网络RTK图3.4显示固定解点击摄影测量，选择“摄影测量”进入航线规划界面，飞行任务的所有规划都在该设置中进行，在航线规划前，应仔细了解测区概况，如最低飞行高度，有无高达遮挡物，如信号塔，建筑物等，以免执行任务过程发生意外。自飞行边界处点击屏幕，会自动生成航线，并且对设置的航线进行调整，确认航向范围，如图3.5所示。图3.5设置范围另外，固件升级到V01.04.03.30版本的，可以导入.XML范围线，在外业飞行过程中即可直接选择导入范围线，减少了外业飞行的操作流程，节省了时间，同时也可以减少无人机和遥控器电量的无效损耗，提高了外业效率。文件存放路径为SD卡目录下DJI文件夹内的KML文件夹（SD-DJI/KML/xxx.kml）。根据所需要的分辨率设置高度，飞行速度小于10米每秒即可，飞行速度不宜过快，超过10m/s会导致拍出的航片不清晰，从而影响空三处理以及DOM、DSM的精度，飞行参数设置如图3.6所示。图3.6飞行速度设置航线的横向重叠率和纵向重叠率是根据航测分辨率等要求进行设置，本次该区域大比例尺图形图绘制外业飞行航向重叠率设置为80%，旁相重叠率设置为70%。如图3.7所示。图3.7重叠率设置相机比例为3：2；白平衡根据天气情况设定；云台角度为-90°（正射）或-45°（倾斜）；由于本次飞行的目的是为了获取正射影像图，所以云台角度设置为-90°。关闭“曝光锁定”和“畸变修正”，如图3.8所示。图3.8相机设置返回主页面，点击保存，输入项目名称点击确认，如图3.9所示。图3.9输入项目名及备注航线设置完成后，即可进入到飞行模式，单机右上角，可以进行返航高度，避障功能，信道模式，安全带电量的设置。相机摄影参数的设置也是确保航片质量的关键。拍摄前，需要设置和最佳快门速度，光圈大小和ISO值。以上设置用于调整曝光的亮度，光圈大，ISO感光度高且快门速度慢时，曝光亮。它与ISO快门有所不同。除了调整阴影，ISO还具有降低图像质量的另一功能。ISO越高，图像质量越低。因此，提高ISO是这三个因素的最终考虑因素。如果无法做到这一点，则可以提高ISO。如图3.10所示。图3.10相机参数设置以上飞行参数设置好之后，上传任务并起飞，点击执行，阅读注意事项，右滑开始飞行作业模块，右滑之后，飞机会先垂直上升到设置的飞行作业高度，按照航线设置飞行到起点，调整飞行姿态，开始作业，如图3.11所示。图3.11起飞命令作业完成后，飞行器将根据规划设置，默认自主返航，如果电池电量充足且以规划好下一任务，则可中断返航，让飞行器保持原地悬停，选择执行下一任务。这样一来可以节省飞行器返航和上升所损耗的电量和时间，提高外业作业效率，如图3.12所示。图3.12返航在飞行任务结束后，将飞机上的SD卡取出，拷贝到电脑工作站，进行数据进一步处理，如图3.13所示。图3.13导出图片（二）线任务及建图规划“新建任务”“建图航拍”“输入任务名称”，确认后进入航线编辑界面，如图3.21所示。在地图中点击航线范围，软件将自动生成航线，并且拖动点进行范围调整，如图3.22所示。大疆智图支持实时二维重建，在作业现场就能及时发现问题，这是基于同步定位、地图构建和影像正射纠正算法，在飞行过程中实时生成二维正射影像，实现边飞边出图，灵活应对作业过程中的突发问题。也可以后处理二维重建，根据农田、城市等不同场景分别优化算法，全面升级的真正射影像技术有效避免图像扭曲变形，准确细致地呈现目标对象和测区。如需建图请打开“实时建图”，如不需要则关闭。图3.21建图航拍图3.22规划航线范围完成动作：视情况而定，一般建议选择返航命令。飞行速度：若默认最大速度不大于10m/s，请设置最大速度，如图3.23所示。高级设置：航线间影像重叠率为65%~75%，航线上影像重叠率为70%~80%，主航线角度平行于建筑物飞行，边距根据实际地物设置安全红线。相机设置：相机型号为Phantom4RTK，白平衡一般选择自动，畸变纠正不要勾选，如图3.24所示。图3-23速度设置图3-24相机设置自拍照的过程中，实时建图中功能开启并出现建图画面（此功能需要较高配置的笔记本），如图3.25所示。拍照完成后，飞行器自动返航并降落，同时PC地面站进入后处理阶段，处理完成后改正影像会建立在二维地图上，如图3.26所示。同样可以通过“导出”，将正射影像放置本地。图3.25实时建图图3.26实时建图成果点击以完成任务的“重建”功能，进入到重建界面，如图3.27所示。将飞行器的SD卡插入到计算机USB读卡器，将数据备份到电脑本地。点击“添加照片”，将此次飞行任务中拍摄的照片添加进来，点击“开始建图”，此过程可能需要较长的时间，一个取决于照片的数量，另一个取决于电脑的配置，重建完成后即可看到重建后的二维正射影像，如图3.28所示。图3.27重建影像图3.28正射影像成果

参考文献[1]秦玉刚，苏凡伟，王贺．高精度无