Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術

路 佳，楊立樹，姚益峰

（湖州創新國土測繪規劃設計有限公司，浙江 湖州 313000）

無人機傾斜攝影測量技術包含了計算機視覺、攝影測量、無人機飛行等多項科學，并且由于該項技術具有精度高、已操作、效率高等優點，已經成為國內外普遍關注的焦點。該技術主要是利用Phantom 4 Pro無人機搭載多種傳感器和攝影裝置，實現對地物的測量，通過對測量數據的處理建立起真實的三維景觀模型。雖然該技術能夠高效快速的獲取到三維影像數據，并且具有測量成本低等多個優點，但是還是存在一些弊端，其中最明顯的問題就是Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術容易受到外界因素影響，存在較大的測量誤差，為此提出Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術研究。

1 Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量概論

大疆無人機是一種飛行器，在該機身上安裝自動駕駛儀、GPS裝置、高分辨率攝影裝置以及無線傳感裝置，從而形成了一個完整的Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量系統。它主要以高分辨率攝影裝置作為遙感影像采集設備，并采用無線傳感裝置接收和讀取到高分辨率攝影裝置采集到的影響數據，通過影像預處理快速形成三維模型[1]。Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量具備智能化、信息化、數字化獲取國土、環境、資源等空間信息功能，同時還兼具數據處理和數據建模的新型測繪技術。Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術與傳統的航天攝影技術相比具快速靈活、時效性強、成本低、風險小等優點，同時Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術還具有許多不足之處，比如Phantom 4 Pro無人機影像姿態不穩定、數據重疊度較高，Phantom 4 Pro無人機影像篇幅較小、數據量較多，并且在測量過程中容易受到技術參數、外界干擾因素的影響，導致測量結果存在較大誤差，所以Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術還不夠成熟，需要對其進行優化和改良。

2 Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術設計

2.1 Phantom 4 Pro無人機航線設計

根據Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量需求以及低空數字航空傾斜攝影規范的相關規定，首先需要對Phantom 4 Pro無人機航線進行設計，對其相關飛行參數進行設置，以保證Phantom 4 Pro無人機能夠按照預先設定的飛行軌跡飛行，其航線設計如下。

首先要對Phantom 4 Pro無人機航高進行計算，其計算公式如下：

公式（1）中，H為Phantom 4 Pro無人機航高；f為物鏡鏡頭焦距；GSD為航攝影像地面分辨率；a為像元尺寸。其中GSD具體數值的確定需要參考測圖比例尺，當測圖比例尺為1：500時航攝影像地面分辨率為5cm，當測圖比例尺為1：1000時航攝影像地面分辨率為8cm～10cm，當測圖比例尺為1：2000時航攝影像地面分辨率為15cm～20cm[2]。設置完Phantom 4 Pro無人機后需要對像片重疊度進行設置，像片重疊度的設置可以有效減少重疊影像數據，通常情況下Phantom 4 Pro無人機像片重疊度在60%～80%范圍內。最后還需要根據測量區域的大小確定無人機航線長度和方向，其計算公式如下所示。

公式（2）、（3）中，B為無人機實地攝影長度；D為實地航線間隔距離；L和E分別為無人機像幅長和寬；P和Q分別為無人機航向和旁向重疊度[3]。按照上述對Phantom 4 Pro無人機飛行參數進行設置，實現對Phantom 4 Pro無人機航線設計。

2.2 Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量

此次選取輕型八翼Phantom 4 Pro無人機作為飛行器，將其飛行時間設定為60min，將其安全飛行風力設定為5級，將其無線傳輸記錄設定為1500m，將其電機對角軸距設定為1550mm，將其垂直起降速度設定為6.5m/s。然后根據傾斜攝影測量需求選擇多視角航空攝影儀作為攝影裝置，該攝影儀由6個不同視角的航空攝影探頭組成，同步觸發精度為0.1ms，在測量前需要對該攝影儀相關參數進行設定，具體如下表所示。

表1 多視角航空攝影儀參數表

做好地面準備的工作后，選擇一個晴朗的天氣，利用無人機搭載攝像裝置對待測區域進行測量，首先需要選擇好無人機起飛地點，并且對Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量系統地面聯機測試，然后根據測量任務按照上述對無人機和攝影裝置參數進行設置，并且將地面控制系統中數據導入到飛行器中，待無人機進入航攝區域后，利用計算機向無人機和攝影裝置發送數據和控制命令，令無人機在預先設定的航線進行飛行，并利用無線傳感裝置讀取到攝影裝置拍攝的影像數據，將其保存起來。最后對數據進行檢查并且將其中無用數據過濾掉，將數據傳輸到三維模型中對測量區域三維影像進行建模。

3 實驗論證分析

實驗以某區域作為研究對象，該區域面積為8612.26m2，含有的測量主體包括樹木、水田、民用建筑、水庫等，實驗利用此次設計技術與傳統技術對該區域進行Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量，實驗將傳統技術設定為對照組，將此次設計技術為實驗組，設計對比實驗。實驗共采集了2452張影像數據，其中1552張影像數據為斜射影像，剩余900張影像數據為垂直影像，共布設了10條航帶，共布置了500個測點，飛行高度為1500m，實驗利用電子表格記錄兩種技術測量結果，利用GHJ軟件計算出測量結果的測量誤差，實驗將其作為實驗結果，實驗從實驗結果中隨機抽取10個測點測量誤差作為實驗數據，對兩種技術進行對比分析，實驗結果如下表所示。

表2 兩種技術測量誤差對比（m）

從上表可以看出，設計技術測量誤差小于最大誤差限值，并且誤差值比較小，其中最小測量誤差可以達到0.0011m，最大測量誤差僅為0.0014m。而傳統技術測量誤差較大，最大測量誤差可以達到0.9564m，最小測量誤差還為0.6541m，遠遠超過最大誤差限值和設計設計，因此實驗證明了設計技術具有較高的測量精度。

4 結束語

本文在傳統技術的基礎上，針對傳統技術存在的問題，對其在航線設計、影像處理等方面進行了改良和優化，設計了一個新的Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術，在一定程度上降低了Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量誤差，解決了Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術容易受到外界因素影響的問題。此次研究對提高Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術精度，促進Phantom 4 Pro無人機傾斜攝影測量技術廣泛應用具有良好的現實意義，但是在研究內容方面仍存在一些不足之處，今后仍會在該方面進行深入研究。