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大疆精灵系列无人机在大比例尺地形图快速成图中的应用

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张文博

摘要：无人机测绘主要是通过无人机对目标区域进行航空摄影，然后利用配套航测数据处理系统，对航拍影像数据进行有效处理，制作出特定区域的数字正射影像图、数字地形图等。而大疆精灵系列无人机具有小巧轻便、性能稳定、易上手的特点，可以进行高精度航拍。本文将大疆精灵4 Pro 无人机应用于某地形图成图项目中，有效缩短了项目作业时间，充分减轻测量外业工作强度，有效提高了作业效率，在项目实践中得到了较好的应用。

Abstract： UAV surveying and mapping mainly uses aerial photography of target areas through UAV， and then uses the supporting aerial survey data processing system to effectively process aerial image data to produce digital orthophoto maps and digital topographic maps of specific areas. The DJI Elf series UAV has the characteristics of small and light， stable performance， easy to use， and can perform high-precision aerial photography. This article applies the DJI 4 Pro UAV to a topographic map mapping project， which effectively shortens the project operation time， fully reduces the measurement field work intensity， effectively improves the operation efficiency， and has been better applied in project practice.

關键词：无人机测绘;地形图成图;精灵无人机

Key words： UAV mapping;topographic mapping;eidolon UAV

中图分类号：V279+.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）04-0242-03

1? 大疆精灵系列无人机

大疆精灵系列无人机，是中国深圳大疆创新科技有限公司推出的一款便携式四旋翼飞行器，由飞行器、飞行控制系统、动力系统、遥控器等部分组成，用户只需要进行简单的部件安装、连接等工作，便可轻松操作无人机飞行和拍摄。

精灵3是一款微小型一体航拍无人机，飞机搭载DJI的智能飞控，拥有精确的姿态算法，稳定的飞控，智能化的电调组合，有效提高了无人机的机动性，使得操纵更加简单便捷。精灵3能自动记录航线、飞行距离和时间、起飞地点等飞行信息。

精灵4 Advanced配备1英寸2000万像素CMOS影像传感器以及7组8片全玻璃镜片组成的高解析度镜头，同时采用机械快门以降低拖影，关键性能与同级别的地面相机相当。

精灵4 Pro搭载了6个视觉传感器、主相机、2组红外传感器、1组超声波传感器、GPS/GLONASS双模卫星定位系统、IMU和指南针双冗余传感器，可以在飞行时获取实时图像、深度、定位等信息，构建飞行器周围的3D地图并确定自己的位置。大疆精灵系列无人机参数对比如表1所示。

2? 无人机测绘的优势

相比于传统测绘技术，无人机测绘的主要优势包括几下几点：

2.1 作业成本低、效率高

小型无人机的成本较低，搭载的云平台相比于其他遥感系统，也有着价格低廉的优势。例如大疆消费级无人机精灵系统，市场价格约为1-2万元，整套航拍系统成本低廉。同时，无人机航测无需专业航测设备，操作手经过短期培训学习即可安全、熟练掌握无人机的整个操作系统，可以快速、便捷的获取影像数据，作业效率大大提高。

2.2 无人机能够快速获取高分辨率影像

无人机属于超低空飞行，弥补了卫星遥感影像经常受云层遮挡的问题，可以使获取的测区影像质量大幅度提高。同时，无人机可以进行低空多角度的拍摄，轻松获取物体多面的高清纹理影像，空间分辨率可达厘米级，可有效用于构建物体的高精度DSM模型，制作出精细的三维立体模型。

2.3 机动灵活、时效性强

无人机无需专用飞机起降场地，可在短时间内完成升空和降落，灵活机动。同时，小型无人机受空中管制制约较少，在建筑物密集的城市区域和南方丘陵地带，可以充分发挥自身优势，将大量的野外测量工作转入内业处理，减轻劳动强度，增强作业时效性。

3? 工程案例

3.1 项目概况

项目为长沙县某村镇乡村路周边绿化改造，道路全长约2.8公里，道路周边以大面积田地、池塘、房屋为主，项目要求快速获取项目区域内道路周边50m内的地形地物，制作1：1000比例尺地形图，供设计单位参考利用。

3.2 无人机作业平台

本次项目所采用的飞行平台是大疆精灵4 Pro，是一款四旋翼轻型无人机，该机的起飞重量可达1391克，作业飞行速度约为10m/s，最大飞行时间约30分钟。无人机所带相机参数如表2所示。

采用的航线规划软件为DJI Pilot，该应用软件是在DJIGo4应用的基础上打造的，可以完成航线的规划与计划，并且自动执行复杂的飞行线路，使得无人机按照预定航线和设定，完成区域内飞行动作。

3.3 作业流程

3.3.1 航线规划

正式作业前，首先需要对测区进行勘察探测，初步掌握测区地形、地物、交通等方面的信息，查看测区内地形高低起伏差值，从而对无人机飞行航线进行初步规划。由于大疆精灵4 Pro无人机单片电池容量有限，所以单次飞行作业时长控制在30分钟内，采用线路分路段、分架次的作业模式，单架次飞行大约1公里左右，以道路中心为中心，拍摄道路两边约100m宽度范围内的影像。

然后设置飞行参数，根据测区实际情况和作业要求，本次飞行设置无人机飞行高度为150m，航向重叠度 70%，旁向重叠度60%等。

3.3.2 像片控制测量

在测区内，需要布设像片控制点。像控点应该选择在影像清晰、便于准确刺点的目标上布设，多选择在线状地物交点和地物拐角点上，约每200m布设一个像控点。控制点坐标采用国家2000坐标系统，测区中央经线设置为东经114°，高程系统采用1985国家高程基准。像片控制点采用GPS-RTK的方法测量，每个控制点平滑测量10次，获取该点的平滑坐标。GPS-RTK测量像控点的优点是方便快捷，可以直接测定出像控点的平面坐标和高程，不需要再次进行数据后处理。

3.3.3 航空摄影

综合考虑天气等情况，选择航空摄影的日期与时间段，并预先给飞机电池、遥控器、控制平板电脑等设备充满电。在航空摄影当天，带好飞机、遥控器、平板电脑等设备到达测区内，选择相对较平坦、安全的一块区域进行无人机的起降操作，以免发生起降故障。连接好无人机设备后，即可起飞无人机，使其按照规划航线飞行，飞行过程中，操作人员需实时监测无人机飞行参数，包括飞行高度、飞行速度、电池电量、飞行拍摄轨迹等，要根据各种实时状况做出相应的操控，保证无人机的正常作业。若遇到电力不足的情况需先行返航，更换电池后继续作业。

3.3.4 飞行质量检查

航摄质量检查包括对航空摄影成果飞行质量、影像质量、数据质量及附件质量等进行检查。飞行质量检查项目有像片重叠度、像片倾斜角、航飞高度、航线弯曲度、航摄漏洞、摄区覆盖度等内容;影像质量检查包括影像的最大位移、清晰度、反差、有无遮挡像控点的照片等;数据质量检查包括数据的完整性、数据的一致性，即无人机飞行轨迹要与规划航线一致。如果像片质量存在问题，要及时进行补飞。

3.3.5 内业生产

主要是利用数字摄影测量系统对外业获取的影像数据、控制数据等，按照摄影测量生产规范，进行空中三角测量或独立模型定向、DEM生产、DOM生产的过程。然后再进行地物的数字化处理，依据地形图成图规范，按要求制作测区大比例尺地形图。

本次作业内业生产采用软件为Double Grid平民化摄影测量后处理软件，采用的影像数据处理硬件为Win10 64位旗舰版计算机和立体采集设备。成果产品包括空三定向成果、DEM成果、正射影像成果、DLG数字线画图成果。成图比例尺采用1：1000比例尺，DEM格网间距为1m，正射影像地面分辨率为0.1m，DLG要求采集测区中道路周边50m范围内的所有地物和地貌特征。

3.3.6 外业复查

不同于传统的外业调绘，本次作业所进行的外业复查工作，是在内业成图完成后，检查人员到测区进行成果地形图检查，对照实地情况，将图面不够清晰或者影像上难以辨认的地物进行核实标注，需要的地方再进行适当补测，然后直接在成果图上进行修改，进一步提高成果质量，同时加快修图改图的效率。

4? 作业效率分析

针对该项目的特点与实际需求，将无人机测绘作业效率与传统测绘作业效率进行对比分析，分析结果如表3所示。

通过以上分析可知，对于测区形状特殊（如带状地形）、测区面积不大、作業时间较短的情况下，大疆精灵系列无人机由于作业便捷、成本低廉的特点，可以缩短作业时间，减轻外业作业强度，有效提高项目作业效率。

5? 结语

无人机测绘技术在行业中发展迅速，在各个领域中都有着广泛应用，大疆精灵系列无人机成本低廉，性能稳定，小巧灵活，再结合GPS-RTK测量技术，在大比例尺地形图快速成图中可以发挥重要的作用。

参考文献：

[1]张沙千.试论无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用[J].局舍，2019（11）.

[2]唐俊.无人机低空摄影测量系统在大比例尺地形图中的应用[J].科技经济导刊，2019，27.

[3]姬洪亮.小型消费级无人机在获取大比例尺地形数据中的应用研究[J].价值工程，2019，38（08）：176-179.

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