王長(zhǎng)健

天寶無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在地理信息數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

王長(zhǎng)健

(鹽城市大豐區(qū)規(guī)劃測(cè)繪院，江蘇鹽城224100)

一、天寶無(wú)人機(jī)系統(tǒng)

天寶無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不僅包含無(wú)人機(jī)本身，還包括后續(xù)的處理軟件和分析軟件，從而形成整體的解決方案。

天寶無(wú)人機(jī)主要有天寶UX5和UX5 HP固定翼無(wú)人機(jī)，以及天寶ZX5多旋翼無(wú)人機(jī)，還包括對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和其他附屬設(shè)備。整個(gè)天寶無(wú)人機(jī)系統(tǒng)性能優(yōu)越、堅(jiān)固耐用、易于維護(hù)，且能夠應(yīng)對(duì)各種地形和各種極端天氣條件，從而滿足各種測(cè)繪任務(wù)需求。

1．天寶UX5無(wú)人機(jī)

天寶UX5固定翼無(wú)人機(jī)通過(guò)強(qiáng)勁的設(shè)計(jì)，從根本上簡(jiǎn)化了工作流程，提供反向推進(jìn)力及自動(dòng)故障安全程序等強(qiáng)大技術(shù)，從而形成了一個(gè)完整的系統(tǒng)，為快速和安全的航拍數(shù)據(jù)采集建立了標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1

天寶UX5確保了在具備超高影像質(zhì)量的同時(shí)伴有很高的攝影測(cè)量精度。所采用的相機(jī)有一個(gè)大的影像傳感器，即使在較暗或多云天氣情況下，仍能拍攝非常清晰、色彩豐富的影像。2400萬(wàn)像素的相機(jī)及其定制化的光學(xué)性能，使UX5的數(shù)據(jù)拍攝效果能夠達(dá)到2 cm的分辨率。天寶UX5的結(jié)構(gòu)以天寶專(zhuān)利生產(chǎn)方法為基礎(chǔ)，把耐沖擊塑膠泡沫結(jié)構(gòu)和內(nèi)外復(fù)合材料結(jié)合在一起，使UX5具有經(jīng)久耐用的堅(jiān)固性能。天寶UX5卓越的設(shè)計(jì)可以確保幾乎在任何位置和任何天氣條件下都能投入使用。無(wú)論是在陰雨條件下沿著多風(fēng)的海邊飛行，在炎熱的沙漠中飛行，還是在多雪的山區(qū)地形上方飛行，天寶UX5都可以采集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。另外，天寶UX5無(wú)人機(jī)采用了一種先進(jìn)的控制方法，以反向推進(jìn)力為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確和可預(yù)見(jiàn)的降落。

2．天寶UX5 HP無(wú)人機(jī)

天寶UX5 HP固定翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)集成了一個(gè)高性能的天寶GNSS接收機(jī)，以及全新的具有全相幅傳感器和3600萬(wàn)像素Sony a7R相機(jī)，可以采用動(dòng)態(tài)后處理( PPK)技術(shù)進(jìn)行航空影像測(cè)繪作業(yè)，從而提供影像數(shù)據(jù)采集效率和最終數(shù)據(jù)成果精度，生成的正射影像能夠達(dá)到1 cm的分辨率，生成的3D模型可以達(dá)到1000點(diǎn)/m2，如圖2所示。

圖2

UX5 HP可以根據(jù)不同的任務(wù)需求選擇不同的相機(jī)和鏡頭配置，從而提高工作效率?？蛇x擇的相機(jī)有近紅外相機(jī)或RGB相機(jī)，可選擇不同焦距的鏡頭，包括35 mm、25 mm、15 mm。35 mm的鏡頭可以獲得很高的精度，15 mm的鏡頭可以獲得很廣的角度，25 mm的鏡頭可以兼顧影像的精度和覆蓋的范圍。此外，天寶UX5 HP無(wú)人機(jī)系統(tǒng)集成了高性能的天寶GNSS系統(tǒng)，采用PPK作業(yè)，減少了對(duì)地面控制點(diǎn)的需求，這不僅節(jié)約了外業(yè)布設(shè)控制點(diǎn)及內(nèi)業(yè)刺點(diǎn)的時(shí)間，還減少了外業(yè)在危險(xiǎn)區(qū)域工作的風(fēng)險(xiǎn)。與天寶UX5無(wú)人機(jī)系統(tǒng)一樣，可以在堅(jiān)固耐用型Trimble平板電腦上利用安裝的Trimble Access航空影像應(yīng)用程序來(lái)操作天寶UX5 HP無(wú)人機(jī)。在該航空影像應(yīng)用程序上可以進(jìn)行航拍任務(wù)規(guī)劃、執(zhí)行飛行前檢查和監(jiān)控飛行等。所有這些都采取直觀的工作流程，能夠確保可靠的結(jié)果。

3．天寶ZX5無(wú)人機(jī)

如圖3所示，天寶ZX5多旋翼無(wú)人機(jī)設(shè)置快速，操作簡(jiǎn)單，可以快速采集外業(yè)數(shù)據(jù)，并生成動(dòng)態(tài)的可交付成果。天寶ZX5多旋翼無(wú)人機(jī)在幾分鐘的時(shí)間內(nèi)就可以設(shè)置好，它配備了一種領(lǐng)先的飛行控制系統(tǒng)，具備良好的性能和精度。其垂直起飛和降落的能力使用戶(hù)能夠在狹窄的地方和阻塞不通的環(huán)境下工作，而這些工作環(huán)境對(duì)于固定翼解決方案來(lái)說(shuō)是不太合適的。因此天寶ZX5多旋翼無(wú)人機(jī)可用于快速執(zhí)行棘手的任務(wù)或日常作業(yè)，甚至在狹小的空間內(nèi)也可以運(yùn)作。它無(wú)須發(fā)射器，可以應(yīng)用于各種航空測(cè)繪和勘測(cè)行業(yè)，還能提供簡(jiǎn)單的外業(yè)到內(nèi)業(yè)工作流，可以非常輕松地與天寶的其他技術(shù)結(jié)合起來(lái)。天寶ZX5多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包含一臺(tái)16 MP Olympus相機(jī)，用戶(hù)可以采集高質(zhì)量的航空影像并將地面采樣間距( GSD)縮小至1 mm，獲得更優(yōu)的圖像品質(zhì)。

圖3

二、處理軟件

天寶無(wú)人機(jī)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)處理軟件主要有兩種: Trimble Business Center Aerial Photogrammetry模塊和Trimble Inpho UASMaster軟件。

Trimble Business Center Aerial Photogrammetry模塊可以與Trimble Business Center標(biāo)準(zhǔn)或高級(jí)的測(cè)量模塊無(wú)縫協(xié)同地工作，能夠處理完整的測(cè)繪項(xiàng)目，包括航空影像、Trimble VISION影像和全站儀觀測(cè)數(shù)據(jù)。此外，GNSS信息、基站數(shù)據(jù)和機(jī)載影像可以導(dǎo)入模塊，以產(chǎn)生飛越區(qū)域的點(diǎn)云、不規(guī)則三角網(wǎng)( TIN)模型和等高線圖。然后，它們可用于計(jì)算體積、制定開(kāi)挖規(guī)劃、排水規(guī)劃及其他功能。

Trimble Inpho UASMaster模塊將易用性與攝影測(cè)量工作站全面強(qiáng)大的功能結(jié)合在一起，從無(wú)人機(jī)航空測(cè)繪和測(cè)量系統(tǒng)采集的影像中創(chuàng)建強(qiáng)大的交付成果。基于先進(jìn)的Trimble Inpho技術(shù)，該軟件在非攝影測(cè)量人員接近黑匣子的簡(jiǎn)單工作流與攝影測(cè)量專(zhuān)家的工作流之間架起了橋梁，填補(bǔ)了他們之間的空缺。UASMaster包含先進(jìn)的技術(shù)，這種技術(shù)經(jīng)過(guò)定制，能從無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)特性中給出高質(zhì)量的結(jié)果，并集成到Inpho軟件的攝影測(cè)量工作流和第三方工作流中。

三、成果分析軟件

影像成果分析軟件主要為eCognition軟件。eCognition是一種基于對(duì)象的影像分析軟件，它模擬人類(lèi)大腦認(rèn)知原理并結(jié)合計(jì)算機(jī)超級(jí)處理能力，即計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)的速度+人工判讀解譯的精度。eCognition軟件可以集合航空、航天、雷達(dá)、點(diǎn)云、矢量等各種數(shù)據(jù)類(lèi)型，采用自動(dòng)、監(jiān)督分類(lèi)及人工編輯相結(jié)合的方式，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，制定標(biāo)準(zhǔn)工程化作業(yè)流程，規(guī)范作業(yè)生產(chǎn)，以更加方便、快捷、直觀的方式服務(wù)于地表解譯的實(shí)際工作，更可根據(jù)需要及自身?xiàng)l件批量化處理海量數(shù)據(jù)，以更智能、更精確、更高效的方式將對(duì)地觀測(cè)遙感影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為空間地理信息。

四、天寶無(wú)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用

航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)采集曾經(jīng)只局限于大型攝影測(cè)量公司，現(xiàn)在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)( UAS)可以作為一個(gè)革命性的工具用于測(cè)量人員及其他地理信息專(zhuān)業(yè)人士。天寶公司通過(guò)簡(jiǎn)化曾經(jīng)復(fù)雜且耗時(shí)間的過(guò)程，制訂出一個(gè)航空影像測(cè)量解決方案新標(biāo)準(zhǔn)。航空影像測(cè)量解決方案采用一系列程序可以讓測(cè)量和地理信息專(zhuān)業(yè)人員從一個(gè)安全的地方在很短的時(shí)間內(nèi)(不超過(guò)1 h)收集到大量的數(shù)據(jù)(幾平方千米)。天寶無(wú)人機(jī)航空影像測(cè)量解決方案是一個(gè)理想的、革新的工具，可應(yīng)用于測(cè)量、露天礦山、石油天然氣、垃圾填埋和環(huán)境保護(hù)等方面，如地形調(diào)繪、站點(diǎn)及路線規(guī)劃、過(guò)程監(jiān)控、體積計(jì)算、災(zāi)害分析等。

(本專(zhuān)欄由天寶測(cè)量部和本刊編輯部共同主辦)

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