DA42MPP雙載荷測(cè)繪型特種飛機(jī)航測(cè)應(yīng)用案例分析

原野，譚程華

（1.中電科（德陽(yáng)廣漢）特種飛機(jī)系統(tǒng)工程有限公司，四川成都 611731；2.江蘇省金威遙感數(shù)據(jù)工程有限公司，江蘇南京 211100）

DA42MPP雙載荷測(cè)繪型特種飛機(jī)航測(cè)應(yīng)用案例分析

原野1*，譚程華2

（1.中電科（德陽(yáng)廣漢）特種飛機(jī)系統(tǒng)工程有限公司，四川成都 611731；2.江蘇省金威遙感數(shù)據(jù)工程有限公司，江蘇南京 211100）

2015年10月，基于鉆石DA42 MPP平臺(tái)的雙載荷測(cè)繪型特種飛機(jī)在奧地利完成了首次驗(yàn)證飛行［1］。本文對(duì)DA42 MPP飛機(jī)平臺(tái)的性能與特性，雙載荷系統(tǒng)的組成與架構(gòu)做了介紹，并對(duì)此次驗(yàn)證飛行案例中的飛行數(shù)據(jù)和測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量、精度進(jìn)行了分析與評(píng)估。結(jié)果表明，雙載荷系統(tǒng)可以同時(shí)協(xié)同工作，所獲取的航測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量與精度滿足測(cè)繪行業(yè)的國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，基于鉆石DA42 MPP的雙載荷測(cè)繪型特種飛機(jī)能夠滿足航拍航測(cè)任務(wù)。

鉆石DA42 MPP測(cè)繪型；雙載荷系統(tǒng)；機(jī)載LiDAR；測(cè)繪產(chǎn)品

1　研究背景與目的

近幾年，隨著國(guó)家信息化建設(shè)步伐的加快，低空空域?qū)γ裼檬袌?chǎng)逐步開(kāi)放［2］，各類通航飛機(jī)如雨后春筍般加入到航拍航測(cè)任務(wù)中來(lái)。目前國(guó)內(nèi)的航測(cè)作業(yè)主要依靠運(yùn)-5飛機(jī)，還有少量運(yùn)-8、運(yùn)-12、空中國(guó)王、里爾等飛機(jī)，同時(shí)也引進(jìn)了塞斯納208B、PC-6、泰克南、大棕熊等中低空飛機(jī)。由于日趨低廉的航測(cè)市場(chǎng)價(jià)格，以上飛機(jī)參與航測(cè)任務(wù)的運(yùn)營(yíng)成本偏高，作業(yè)效率偏低，直接增加了測(cè)繪數(shù)據(jù)的獲取成本，間接影響到信息化建設(shè)的整體速度。國(guó)內(nèi)航測(cè)市場(chǎng)迫切需要一款運(yùn)營(yíng)成本低，作業(yè)效率高的測(cè)繪型特種飛機(jī)。

2015年10月，基于鉆石DA42MPP飛機(jī)平臺(tái)集成改裝的雙載荷測(cè)繪型特種飛機(jī)在奧地利進(jìn)行了驗(yàn)證飛行，同時(shí)獲取了測(cè)區(qū)內(nèi)大幅面的航空影像數(shù)據(jù)與LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本文通過(guò)對(duì)此次驗(yàn)證飛行案例中所獲取測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析與評(píng)估，目的在于驗(yàn)證集成后的雙載荷系統(tǒng)是否能同時(shí)協(xié)同工作，進(jìn)一步驗(yàn)證該款測(cè)繪型特種飛機(jī)是否能適用于國(guó)內(nèi)的航拍任務(wù)。

2　DA42　MPP平臺(tái)性能

DA-42系列飛機(jī)是奧地利鉆石飛機(jī)公司生產(chǎn)的一款雙發(fā)四座機(jī)型，它在融合鉆石品牌系列飛機(jī)的設(shè)備和新技術(shù)的同時(shí)，也具備自身獨(dú)特的風(fēng)格和優(yōu)勢(shì)。它采用雙發(fā)短艙式發(fā)動(dòng)機(jī)布局，機(jī)翼設(shè)計(jì)為懸臂式下單翼，并帶有翼梢小翼，尾翼為T(mén)型；機(jī)身和機(jī)翼主要采用復(fù)合材料制造，采用一體化成形技術(shù)。動(dòng)力系統(tǒng)采用2臺(tái)170馬力的AE300渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和2片三葉恒速螺旋槳，發(fā)動(dòng)機(jī)采用電子控制單元（ECU）進(jìn)行控制。燃油系統(tǒng)包括二個(gè)位于左右機(jī)翼的主油箱、二個(gè)位于左右發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的副油箱和一個(gè)位于機(jī)艙的可選附加油箱。DA42 MPP是在DA42的基礎(chǔ)上改進(jìn)的多用途平臺(tái)，對(duì)機(jī)身強(qiáng)度進(jìn)行了加強(qiáng)，可以外掛不同的任務(wù)載荷設(shè)備，改裝成為具有特殊用途的特種飛機(jī)。

測(cè)繪型特種飛機(jī)基于DA42MPP平臺(tái)改裝，在機(jī)頭部位加裝頭艙，內(nèi)置航測(cè)相機(jī)，在機(jī)腹部分外掛腹艙，內(nèi)置激光雷達(dá)設(shè)備。其構(gòu)型與尺寸如圖1所示:

圖1　平臺(tái)與設(shè)備尺寸示意圖

DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)采用雙發(fā)四座布局，最大起飛重量接近兩噸，使用航空煤油作為燃油，其主要性能參數(shù)如表1所示:

DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)主要性能參數(shù)　表1

DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)在機(jī)頭部位加裝頭艙，頭艙內(nèi)安裝有航測(cè)相機(jī)和云臺(tái)，頭艙的最大承重量可達(dá)85 kg；在機(jī)腹正下方加裝腹艙，腹艙內(nèi)安裝有LiDAR激光雷達(dá)，腹艙最大的承重量可達(dá)30 kg。如圖2所示該飛機(jī)正在執(zhí)行航拍任務(wù):

圖2　DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)作業(yè)飛行中

3　雙載荷任務(wù)系統(tǒng)

DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)同時(shí)搭載了航空相機(jī)和激光雷達(dá)設(shè)備。一次作業(yè)飛行，可同時(shí)獲取測(cè)區(qū)內(nèi)大幅面的影像數(shù)據(jù)和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，大大降低了作業(yè)成本，提高了航測(cè)作業(yè)效率。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示:

圖3　DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)任務(wù)載荷系統(tǒng)包括航空相機(jī)分系統(tǒng)、激光雷達(dá)分系統(tǒng)、POS慣導(dǎo)分系統(tǒng)、云臺(tái)分系統(tǒng)。各系統(tǒng)的質(zhì)量和功率如表2所示:

測(cè)繪型飛機(jī)任務(wù)載荷質(zhì)量與功率　表2

4　航測(cè)案例分析

4.1測(cè)區(qū)及航線設(shè)計(jì)

本次驗(yàn)證飛行的測(cè)區(qū)位于奧地利維也納新城附近，測(cè)區(qū)面積約為6×10 km2，測(cè)區(qū)內(nèi)主要地形地貌為平原和山丘，主要地物類型為植被、住宅區(qū)、耕地、施工區(qū)等。

驗(yàn)證飛行共設(shè)計(jì)3個(gè)航高，分別驗(yàn)證 1∶2 000、1∶1 000、1∶500成圖比例尺下影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量。其中1∶2 000成圖比例尺，設(shè)計(jì)航高2 750 m，共敷設(shè)航線3條，測(cè)線長(zhǎng)度32 km；1∶1 000成圖比例尺，設(shè)計(jì)航高 1 300 m，共敷設(shè)航線7條，測(cè)線長(zhǎng)度 80 km；1∶500成圖比例尺，設(shè)計(jì)航高800 m，共敷設(shè)航線16條，測(cè)線長(zhǎng)度42 km。航線敷設(shè)圖如圖4所示:

4.2原始數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

本次驗(yàn)證飛行于當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午12:30開(kāi)始，飛機(jī)于當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午14:40完成作業(yè)，返回機(jī)場(chǎng)。飛機(jī)用一個(gè)架次完成了所有驗(yàn)證飛行科目，實(shí)際留空作業(yè)時(shí)間約2 h 10 min，作業(yè)平均速度200 km/h。所獲取的原始數(shù)據(jù)如表3所示:

圖4　測(cè)繪航線敷設(shè)圖

原始航拍數(shù)據(jù)　表3

數(shù)據(jù)技術(shù)指標(biāo)　表4

如表4所示，經(jīng)分析，此次驗(yàn)證飛行中所獲取的原始影像的地面分辨率和激光點(diǎn)云的點(diǎn)密度分別滿足且優(yōu)于1∶2000、1∶1000、1∶500成圖比例尺下的國(guó)家測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［4］。圖5為部分原始數(shù)據(jù)展示。

圖5　原始數(shù)據(jù)

4.3測(cè)繪產(chǎn)品

本次驗(yàn)證飛行獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，可以得到豐富多樣的測(cè)繪產(chǎn)品，其中最為常規(guī)的產(chǎn)品有DOM、DSM、DEM等，如圖6所示。

數(shù)字正射影像、數(shù)字地表模型、數(shù)字高程模型具有高精可量測(cè)特征，又有數(shù)據(jù)直觀、信息豐富等特征，廣泛適用于國(guó)土資源調(diào)查，城市發(fā)展規(guī)劃，工程勘察施工，信息決策，災(zāi)害評(píng)估等領(lǐng)域。

5　DA42　MPP測(cè)繪型飛機(jī)優(yōu)勢(shì)及前景分析

目前，國(guó)內(nèi)的航拍航測(cè)任務(wù)主要依靠運(yùn)-5的改進(jìn)型飛機(jī)和塞斯納208B飛機(jī)平臺(tái)以及少量其他的平臺(tái)，比如空中國(guó)王，泰克南，大棕熊等［5］。相對(duì)于以上飛機(jī)平臺(tái)以及所搭載的單任務(wù)載荷系統(tǒng)，DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)具有比較明顯的綜合性優(yōu)勢(shì):

①飛機(jī)時(shí)速低，低速和高度兼顧，速度冗余量大，可勝任不同要求的航測(cè)任務(wù)；

②飛機(jī)采用雙發(fā)動(dòng)機(jī)配置，大大提高城市上空作業(yè)的安全性；

圖6　測(cè)繪產(chǎn)品展示

③飛機(jī)具有低紅外和低噪音特性，最大限度降低作業(yè)飛行中對(duì)環(huán)境的影響；

④飛機(jī)使用通用航空煤油，相比航空汽油，其運(yùn)行成本較低；

⑤飛機(jī)將國(guó)產(chǎn)化，維護(hù)和保養(yǎng)成本較低；

⑥飛機(jī)可同時(shí)搭載多任務(wù)系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)獲取的效率，從而進(jìn)一步降低了成本。

DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了兩套任務(wù)載荷系統(tǒng)同時(shí)工作，一次飛行獲取兩套數(shù)據(jù)，既提高了作業(yè)效率，也控制了飛行成本，并且，可根據(jù)不同的任務(wù)需要，換裝不同的任務(wù)載荷系統(tǒng)，比如傾斜攝影相機(jī)、高光譜相機(jī)、紅外熱成像相機(jī)等。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)航測(cè)市場(chǎng)的需求，可以預(yù)見(jiàn)，DA42MPP測(cè)繪型飛機(jī)可勝任的具體項(xiàng)目和應(yīng)用有:

①常規(guī)1∶2000、1∶1000、1∶500地形圖測(cè)圖；

②各比例尺正射影像圖和數(shù)字高程模型；

③國(guó)土資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；

④地理國(guó)情普查；

⑤農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)；

⑥集體土地及宅基地發(fā)證；

⑦真三維數(shù)字城市及智慧城市建設(shè)；

⑧綠化及植被分類調(diào)查；

⑨鐵路公路設(shè)計(jì)選線；

⑩電力線及油氣管線巡查；

?城市違章建筑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

6　結(jié) 論

基于DA42MPP平臺(tái)集成改裝的測(cè)繪型特種飛機(jī)（雙任務(wù)載荷）已成功完成驗(yàn)證飛行，本文通過(guò)對(duì)此次驗(yàn)證飛行案例的分析，首先驗(yàn)證了高度集成后的任務(wù)載荷系統(tǒng)可以同時(shí)協(xié)同工作。通過(guò)對(duì)所獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析與評(píng)估，其數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足國(guó)家測(cè)繪行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了該型測(cè)繪型飛機(jī)能夠勝任國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的航測(cè)需求。

目前，該型測(cè)繪飛機(jī)已收到多架?chē)?guó)內(nèi)同行的意向訂單，并且該型飛機(jī)即將在國(guó)內(nèi)進(jìn)行自主生產(chǎn)與銷售。相信在不久的將來(lái)，該型測(cè)繪飛機(jī)會(huì)得到更多同行的認(rèn)可，在我國(guó)航拍航測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮出更大的作用。

［1］李慕晨.基于鉆石DA42MPP平臺(tái)的雙載荷測(cè)繪型飛機(jī)奧地利試飛圓滿成功［M/OL］.

［2］郭慶志.我國(guó)低空空域開(kāi)放對(duì)策分析［D］.上海：華東政法大學(xué).2014，D922.296.

［3］Diamond-Aircraft［M/OL］.

［4］CH/T8023-2011.中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］吳桐水.中國(guó)通用航空發(fā)展展望［J］.航空知識(shí)，2003（1）.

DA42 MPP Surveying Aircraft Application Analysis

Yuan Ye1，Tan Chenghua2
（1.CETCA-SMA，Chengdu 611731，China； 2.JINWEI REMOTE SENSING，Nanjing 211100，China）

On Oct.2015，the DA42MPP surveying aircraft had accomplished a demo flight in Austria［1］.We introduce the DA42MPP aircraft，including the key-parameters and features.We also give details information about its dual mission payload onboard.By evaluate on the acquired raw data and its quality，we verify that:the acquired data quality fit the national surveying specification and standard，furthermore，the DA42 MPP surveying aircraft can hold different aerial-surveying tasks.

DA42MPP；surveying aircraft；dual Mission payload；LiDAR；surveying product

1672-8262（2016）04-79-04

P231

B

2016—02—29

原野（1986—），男，工程師，主要從事航空測(cè)繪技術(shù)（RS&GIS）、特種飛機(jī)任務(wù)載荷系統(tǒng)應(yīng)用方面工作。