呂云兵

(四川中水成勘院測(cè)繪工程有限責(zé)任公司， 四川 成都 610072)

低空攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂云兵

(四川中水成勘院測(cè)繪工程有限責(zé)任公司， 四川 成都 610072)

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)合理應(yīng)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(shí)間，提高產(chǎn)業(yè)效率。本文通過對(duì)無(wú)人機(jī)的航跡規(guī)劃進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，并提出兩種航及規(guī)劃的方法，通過相關(guān)產(chǎn)業(yè)中實(shí)際應(yīng)用的情況，給無(wú)人機(jī)飛行測(cè)量任務(wù)未來(lái)的發(fā)展提供科學(xué)合理的規(guī)劃方法，進(jìn)一步提高無(wú)人機(jī)在低空攝影測(cè)量方面的應(yīng)用，并且提高作業(yè)完成的效率。

航跡規(guī)劃技術(shù)；間隔航帶法；低空攝影測(cè)量

0 引言

在信息技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)下，低空攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)技術(shù)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，不同于傳統(tǒng)的攝影測(cè)量技術(shù)，應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量這種航測(cè)技術(shù)，最大程度的提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且操作靈活，圖片影像的分辨率較高。但是無(wú)人機(jī)在工作過程中對(duì)飛行和攝影技術(shù)的要求極高，因此對(duì)無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行深入研究的重要性就凸顯出來(lái)。

1 低空攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃設(shè)計(jì)

（一）無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃

無(wú)人機(jī)的航跡規(guī)劃是無(wú)人機(jī)在執(zhí)行測(cè)量攝影任務(wù)前必須要做的一項(xiàng)工作，無(wú)人機(jī)的航跡規(guī)劃工作主要是對(duì)包括飛行作業(yè)的地質(zhì)情況、任務(wù)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(jìn)行分析，制定出最佳的飛行路線，確定飛行航線最短、任務(wù)完成情況最佳的同時(shí)還要確保飛行過程的安全，燃料消耗最少。攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)需要按照預(yù)先設(shè)定好的路線，沿途拍照取景，獲取任務(wù)區(qū)域的影像圖，再由相關(guān)技術(shù)人員通過軟件制作形成數(shù)據(jù)影像圖。無(wú)人機(jī)的工作流程主要分為六個(gè)部分，分別是：①接受飛行任務(wù)；②對(duì)飛行任務(wù)進(jìn)行分析；③做好飛行前的相關(guān)準(zhǔn)備和任務(wù)規(guī)劃；④完成飛行作業(yè)；⑤無(wú)人機(jī)返回；⑥進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終提交飛行任務(wù)成果。而無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃的設(shè)計(jì)作為任務(wù)規(guī)劃中最重要的任務(wù)，只有合理規(guī)劃了飛行航跡，才能夠提高工作效率，保證結(jié)果準(zhǔn)確。

（二）無(wú)人機(jī)測(cè)量航線設(shè)計(jì)

對(duì)無(wú)人機(jī)的航線進(jìn)行模型設(shè)計(jì)中，第一步要確定大致的飛行航帶，在確定了航帶方向，在對(duì)航跡進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃。航帶方向的規(guī)劃要對(duì)任務(wù)區(qū)域的地理形狀進(jìn)行充分的考慮，最大程度減少無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)彎飛行的次數(shù)，重點(diǎn)考慮區(qū)域內(nèi)風(fēng)場(chǎng)等影響無(wú)人機(jī)飛行的環(huán)境因素，避免無(wú)人機(jī)受影響而偏離航跡，通過對(duì)各種條件的充分考慮，確定無(wú)人機(jī)飛行航帶的方向后，保證無(wú)人機(jī)不會(huì)被因?yàn)榭陀^因素而偏航，才能進(jìn)一步保證無(wú)人機(jī)攝影成果的完整。然后要計(jì)算航帶間距、進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，最終生成航線?，F(xiàn)階段國(guó)家對(duì)于航線設(shè)計(jì)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(diǎn)開始，在航線中增加過渡點(diǎn)，通過這種方法，盡可能的保證無(wú)人機(jī)能夠做到直線飛行，從而加強(qiáng)攝影任務(wù)成果的保存。間隔航帶法根據(jù)航帶間距公式，進(jìn)行航跡規(guī)劃，做到在航跡的間隔點(diǎn)和邊界時(shí)，避免無(wú)人機(jī)出現(xiàn)因?yàn)槠x航線導(dǎo)致漏拍的情況發(fā)生。

2 低空攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量航跡規(guī)劃的相關(guān)算法，結(jié)合3DGIS和GPS等技術(shù)，設(shè)計(jì)出可以自動(dòng)規(guī)劃無(wú)人機(jī)航跡的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過在系統(tǒng)中輸入飛行任務(wù)要求和影響飛行的相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)利用間隔航帶法和順序航帶法自動(dòng)計(jì)算，制定出合理的飛行軌跡，通過Visual C#等技術(shù)開發(fā)出無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量路線參數(shù)計(jì)算與規(guī)劃系統(tǒng)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各種方面，其中對(duì)土地經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)和電力勘測(cè)工程中最為廣泛。

（一）對(duì)土地經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量軟件最終形成的高精度正攝攝影底圖，對(duì)于判斷土地經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)方面具有極強(qiáng)的可行性，但是土地經(jīng)營(yíng)權(quán)確權(quán)方面，還存在一些漏洞，因?yàn)轱w行軌跡等多種因素，使得測(cè)量底圖的精度較差，無(wú)法滿足確定土地經(jīng)營(yíng)權(quán)工作的需求，通過對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)路線的設(shè)計(jì)，從根本上提升土地確權(quán)的工作質(zhì)量。以某地為例，該地的地理情況較好，地勢(shì)較為平坦，海拔較低，通過將降水量、平均氣溫、日照時(shí)數(shù)等相關(guān)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(shù)路線設(shè)計(jì)圖，無(wú)人機(jī)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(jié)合了間隔和順序兩種航帶法設(shè)置了37個(gè)控制點(diǎn)，再通過空中三角測(cè)量技術(shù)提高攝影地圖的精度。通過無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)，在該地區(qū)的三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，都完成了任務(wù)航飛總面積攝影測(cè)量技術(shù)，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(shè)置像控點(diǎn)，提高無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)中的安全保障。將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)的確權(quán)任務(wù)，并且也應(yīng)用路線規(guī)劃技術(shù)保證了土地測(cè)定邊界點(diǎn)和臨近控制點(diǎn)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(yíng)權(quán)確權(quán)任務(wù)對(duì)于精度的要求。通過不斷地加深對(duì)于無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃設(shè)計(jì)的研究，能夠更加清晰直觀的反應(yīng)攝影測(cè)量的結(jié)果，利用航測(cè)法得到相應(yīng)區(qū)域的比例尺底圖。

（二）在電力勘測(cè)工程中的應(yīng)用

利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的特點(diǎn)，在電力勘測(cè)工程中無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量系統(tǒng)的重要特性得到了充分的發(fā)揮，在云層下實(shí)施航拍，快速取得電力勘測(cè)數(shù)據(jù)。并且無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量無(wú)需辦理空域申請(qǐng)，節(jié)省了勘測(cè)成本，提高了勘測(cè)的工作效率，縮短工作周期。中國(guó)幅員遼闊，需要架設(shè)的電網(wǎng)線路較多，據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，國(guó)家每年都有數(shù)千公里的線路架設(shè)工程，但是這些線路路程較短，工程時(shí)間緊張，航飛拍攝測(cè)量會(huì)浪費(fèi)大量的工程時(shí)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(duì)于線路保護(hù)運(yùn)行維修，日益得到重視，如果仍舊采取傳統(tǒng)的測(cè)量方法，電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量將無(wú)法保證，通過無(wú)人機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以滿足電力系統(tǒng)的需要，而且無(wú)人機(jī)的航跡規(guī)劃技術(shù)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(cè)量時(shí)間、并且提供出高精度的勘測(cè)數(shù)據(jù)，滿足工程勘測(cè)的需要。某電力企業(yè)在輸電線路的假設(shè)中不僅使用了無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量，并且將線路的運(yùn)行維護(hù)工作中也投入了無(wú)人機(jī)技術(shù)，利用無(wú)人機(jī)對(duì)于線路航跡的規(guī)劃技術(shù)，安排合理的日常巡線，完成在線監(jiān)測(cè)等任務(wù)。無(wú)人機(jī)航線軌跡在面對(duì)較短的任務(wù)區(qū)域中，只需要一條航帶，保證線路最優(yōu)的同時(shí)，簡(jiǎn)化了作業(yè)流程，減少了后期對(duì)于空三的處理工作量。

總結(jié)：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(guān)系統(tǒng)進(jìn)一步應(yīng)用到無(wú)人機(jī)低空攝影中去，根據(jù)任務(wù)地區(qū)的實(shí)際情況和任務(wù)要求，選擇合適的航跡規(guī)劃方法對(duì)攝影測(cè)量任務(wù)的路線進(jìn)行規(guī)劃，促使無(wú)人機(jī)在攝影測(cè)量中得到最準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。將無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用到對(duì)電力勘測(cè)工程、城鄉(xiāng)地籍等各種需要攝影測(cè)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(cè)繪工作。