低空攝影測量無人機航跡規(guī)劃的設計與實現(xiàn)

呂云兵

(四川中水成勘院測繪工程有限責任公司， 四川 成都 610072)

低空攝影測量無人機航跡規(guī)劃的設計與實現(xiàn)

呂云兵

(四川中水成勘院測繪工程有限責任公司， 四川 成都 610072)

無人機攝影測量技術合理應用到產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，能夠有效地降低了生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)業(yè)效率。本文通過對無人機的航跡規(guī)劃進行簡單的分析，并提出兩種航及規(guī)劃的方法，通過相關產(chǎn)業(yè)中實際應用的情況，給無人機飛行測量任務未來的發(fā)展提供科學合理的規(guī)劃方法，進一步提高無人機在低空攝影測量方面的應用，并且提高作業(yè)完成的效率。

航跡規(guī)劃技術；間隔航帶法；低空攝影測量

0 引言

在信息技術的發(fā)展帶動下，低空攝影測量無人機技術也進入了快速發(fā)展的階段，不同于傳統(tǒng)的攝影測量技術，應用無人機進行攝影測量這種航測技術，最大程度的提高了測量結果的準確性，而且操作靈活，圖片影像的分辨率較高。但是無人機在工作過程中對飛行和攝影技術的要求極高，因此對無人機航跡規(guī)劃技術進行深入研究的重要性就凸顯出來。

1 低空攝影測量無人機航跡規(guī)劃設計

（一）無人機航跡規(guī)劃

無人機的航跡規(guī)劃是無人機在執(zhí)行測量攝影任務前必須要做的一項工作，無人機的航跡規(guī)劃工作主要是對包括飛行作業(yè)的地質(zhì)情況、任務內(nèi)容、外界環(huán)境等所有影響飛行和作業(yè)效果的條件進行分析，制定出最佳的飛行路線，確定飛行航線最短、任務完成情況最佳的同時還要確保飛行過程的安全，燃料消耗最少。攝影測量無人機的飛行任務需要按照預先設定好的路線，沿途拍照取景，獲取任務區(qū)域的影像圖，再由相關技術人員通過軟件制作形成數(shù)據(jù)影像圖。無人機的工作流程主要分為六個部分，分別是：①接受飛行任務；②對飛行任務進行分析；③做好飛行前的相關準備和任務規(guī)劃；④完成飛行作業(yè)；⑤無人機返回；⑥進行數(shù)據(jù)處理，最終提交飛行任務成果。而無人機航跡規(guī)劃的設計作為任務規(guī)劃中最重要的任務，只有合理規(guī)劃了飛行航跡，才能夠提高工作效率，保證結果準確。

（二）無人機測量航線設計

對無人機的航線進行模型設計中，第一步要確定大致的飛行航帶，在確定了航帶方向，在對航跡進行細致規(guī)劃。航帶方向的規(guī)劃要對任務區(qū)域的地理形狀進行充分的考慮，最大程度減少無人機轉彎飛行的次數(shù)，重點考慮區(qū)域內(nèi)風場等影響無人機飛行的環(huán)境因素，避免無人機受影響而偏離航跡，通過對各種條件的充分考慮，確定無人機飛行航帶的方向后，保證無人機不會被因為客觀因素而偏航，才能進一步保證無人機攝影成果的完整。然后要計算航帶間距、進行坐標轉換，最終生成航線。現(xiàn)階段國家對于航線設計的方法主要有兩種，分別為順序航帶法和間隔航帶法，順序航帶法以起點開始，在航線中增加過渡點，通過這種方法，盡可能的保證無人機能夠做到直線飛行，從而加強攝影任務成果的保存。間隔航帶法根據(jù)航帶間距公式，進行航跡規(guī)劃，做到在航跡的間隔點和邊界時，避免無人機出現(xiàn)因為偏離航線導致漏拍的情況發(fā)生。

2 低空攝影測量無人機航跡規(guī)劃實現(xiàn)

根據(jù)上述無人機低空攝影測量航跡規(guī)劃的相關算法，結合3DGIS和GPS等技術，設計出可以自動規(guī)劃無人機航跡的設計系統(tǒng)，通過在系統(tǒng)中輸入飛行任務要求和影響飛行的相關參數(shù)，系統(tǒng)利用間隔航帶法和順序航帶法自動計算，制定出合理的飛行軌跡，通過Visual C#等技術開發(fā)出無人機低空攝影測量路線參數(shù)計算與規(guī)劃系統(tǒng)，已經(jīng)被廣泛應用到各種方面，其中對土地經(jīng)營權確權和電力勘測工程中最為廣泛。

（一）對土地經(jīng)營權確權的應用

無人機攝影測量軟件最終形成的高精度正攝攝影底圖，對于判斷土地經(jīng)營權確權方面具有極強的可行性，但是土地經(jīng)營權確權方面，還存在一些漏洞，因為飛行軌跡等多種因素，使得測量底圖的精度較差，無法滿足確定土地經(jīng)營權工作的需求，通過對無人機技術路線的設計，從根本上提升土地確權的工作質(zhì)量。以某地為例，該地的地理情況較好，地勢較為平坦，海拔較低，通過將降水量、平均氣溫、日照時數(shù)等相關參數(shù)輸入到航跡路線規(guī)劃系統(tǒng)中去，得出具體的技術路線設計圖，無人機航跡規(guī)劃系統(tǒng)一共規(guī)劃了25條航線，在航線過程中結合了間隔和順序兩種航帶法設置了37個控制點，再通過空中三角測量技術提高攝影地圖的精度。通過無人機航跡規(guī)劃設計技術，在該地區(qū)的三個試驗點，都完成了任務航飛總面積攝影測量技術，在最短的航線內(nèi)，拍攝了 463張圖片，保證攝影底圖質(zhì)量清晰分辨率高，并且在航線內(nèi)設置像控點，提高無人機飛行任務中的安全保障。將無人機攝影測量技術應用到農(nóng)村土地承包經(jīng)營權的確權任務，并且也應用路線規(guī)劃技術保證了土地測定邊界點和臨近控制點之間的誤差減小、精度提高，最大程度的滿足了土地承包經(jīng)營權確權任務對于精度的要求。通過不斷地加深對于無人機航跡規(guī)劃設計的研究，能夠更加清晰直觀的反應攝影測量的結果，利用航測法得到相應區(qū)域的比例尺底圖。

（二）在電力勘測工程中的應用

利用無人機攝影測量的特點，在電力勘測工程中無人機航空攝影測量系統(tǒng)的重要特性得到了充分的發(fā)揮，在云層下實施航拍，快速取得電力勘測數(shù)據(jù)。并且無人機攝影測量無需辦理空域申請，節(jié)省了勘測成本，提高了勘測的工作效率，縮短工作周期。中國幅員遼闊，需要架設的電網(wǎng)線路較多，據(jù)科學統(tǒng)計，國家每年都有數(shù)千公里的線路架設工程，但是這些線路路程較短，工程時間緊張，航飛拍攝測量會浪費大量的工程時間，造成后期工期不足，難以保證工作質(zhì)量。而輸電線路的安全尤為重要，對于線路保護運行維修，日益得到重視，如果仍舊采取傳統(tǒng)的測量方法，電網(wǎng)建設質(zhì)量將無法保證，通過無人機測量系統(tǒng)的應用，不僅可以滿足電力系統(tǒng)的需要，而且無人機的航跡規(guī)劃技術能夠根據(jù)線路的具體情況，規(guī)劃處最優(yōu)的選線作業(yè)方案，縮短測量時間、并且提供出高精度的勘測數(shù)據(jù)，滿足工程勘測的需要。某電力企業(yè)在輸電線路的假設中不僅使用了無人機進行攝影測量，并且將線路的運行維護工作中也投入了無人機技術，利用無人機對于線路航跡的規(guī)劃技術，安排合理的日常巡線，完成在線監(jiān)測等任務。無人機航線軌跡在面對較短的任務區(qū)域中，只需要一條航帶，保證線路最優(yōu)的同時，簡化了作業(yè)流程，減少了后期對于空三的處理工作量。

總結：綜上所述，文中提出兩種不同的航跡規(guī)劃的方法，通過將航跡規(guī)劃的相關系統(tǒng)進一步應用到無人機低空攝影中去，根據(jù)任務地區(qū)的實際情況和任務要求，選擇合適的航跡規(guī)劃方法對攝影測量任務的路線進行規(guī)劃，促使無人機在攝影測量中得到最準確的測量結果。將無人機攝影測量技術廣泛應用到對電力勘測工程、城鄉(xiāng)地籍等各種需要攝影測量的工作中，從根本上提高工作效率。

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TU7

B

1007-6344（2017）09-0099-01

呂云兵（1976-），工程師，本科，主要從事測繪工作。