王繼朋 張敏

摘?要：近年來，無人機(jī)在地勘、環(huán)境治理等各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。但是在地形起伏變化較大的深切割山區(qū)航測作業(yè)受諸多限制，諸如天山、阿爾金山等山區(qū)。航測作業(yè)中，航測參數(shù)的設(shè)置要綜合考慮氣候條件、陰影、切割強(qiáng)度、坡度等因素的影響。

關(guān)鍵詞：深切割山區(qū);無人機(jī)航測技術(shù)

【中圖分類號】P237??【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A?【文章編號】1674-3733（2020）18-0210-01

引言

深切割高陡山區(qū)無人機(jī)航測常見的諸多問題：信號強(qiáng)度不足甚至丟失、重疊率不足導(dǎo)致影響拼接出現(xiàn)空洞或明顯的畸變、航攝影像質(zhì)量不佳等。影響航測成果質(zhì)量的因素主要有兩方面：航高和重疊率的設(shè)置。其中航高主要受地形切割強(qiáng)度控制，與成像分辨率、航測數(shù)據(jù)精度息息相關(guān);重疊率受地形切割強(qiáng)度、坡度影響較大，直接關(guān)乎成像質(zhì)量。此外還要考慮氣候、陰影對影像質(zhì)量的影響。

1?航測作業(yè)中信號丟失

深切割山區(qū)現(xiàn)場踏勘環(huán)節(jié)難以面面俱到，航測作業(yè)中經(jīng)常面臨遙控器信號丟失的困境。一般，可通過加強(qiáng)影像判讀以彌補(bǔ)實(shí)地踏勘的不足，同時優(yōu)化航高、航線的方法避免該問題。

1）基站位置。

基站位置的不合理，可能會造成無人定位信號中斷，導(dǎo)致影像拼接時畸變過大，或者部分照片定位失敗而不可用，甚至在最終拼接的正射影像中出現(xiàn)空洞，大大降低航測成果的質(zhì)量。所以，作業(yè)前盡量進(jìn)行實(shí)地踏勘，或者通過遙感解譯等手段了解作業(yè)區(qū)地理特征，確保無人機(jī)作業(yè)期間所處高度的平面與基站之間不能有遮擋（比如山脊）。

基站位置的概略選?。簝?yōu)選網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度較好、視野開闊、無電磁干擾等地帶。以礦區(qū)為例，實(shí)際工作中，由于Cors網(wǎng)絡(luò)信號在礦區(qū)普遍存在信號強(qiáng)度不足、甚至沒有信號的問題，基站位置盡量選取礦區(qū)埋石點(diǎn)或埋石點(diǎn)附近，以便獲取基站準(zhǔn)確位置。

2）航高的計算。

航高的不合理設(shè)置，可能會造成無人機(jī)遙控器信號中斷，甚至直接丟失信號作業(yè)中止，嚴(yán)重的甚至墜機(jī)。所以，作業(yè)前必須計算好航高，確保無人機(jī)作業(yè)期間所處高度的平面與遙控器和基站之間不能有遮擋（比如山脊）。

航高主要受航測成果精度和地形切割強(qiáng)度兩個因素制約。相對航高與機(jī)載相機(jī)參數(shù)之間有如下數(shù)學(xué)關(guān)系：H=f*GSD/a。其中：H為相對航高，f為攝像頭焦距，GSD為地面分辨率，a為像元尺寸大小。航高與地面分辨率成反比例關(guān)系，航高越大則地面分辨率越低。以大疆精靈四無人機(jī)為例，掛載定焦鏡頭，攝像頭焦距、像元尺寸大小均為定值，航高與相機(jī)參數(shù)之間有如下概略數(shù)學(xué)關(guān)系：GSD=H/36.5。深切割山區(qū)，在滿足航測成果精度要求的前提下，可犧牲一定的地面分辨率來調(diào)整航高，以滿足航測作業(yè)的要求。一般航高的設(shè)置要滿足兩個要求：測區(qū)最低點(diǎn)航測精度（實(shí)際地面分辨率）符合規(guī)范要求，同時航高超出測區(qū)最高點(diǎn)至少50米（山區(qū)1：1000地形測量經(jīng)驗(yàn)值）左右保證測區(qū)最高點(diǎn)的重疊率滿足作業(yè)要求和成圖質(zhì)量要求（根據(jù)具體情況調(diào)整）。根據(jù)地形切割情況，通過計算可獲取滿足無人作業(yè)條件的垂向起降區(qū)間。

3）航高、航線的優(yōu)化。

深切割山區(qū)作業(yè)普遍存在Cors網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度不足、通行較為困難的問題。前期準(zhǔn)備階段計算的理論作業(yè)參數(shù)（航高、重疊率等），基站位置等，進(jìn)入作業(yè)區(qū)后隨實(shí)地情況可能會有所變動。為確保一次性完成作業(yè)，航高、航線的優(yōu)化必不可少。

航高的優(yōu)化：作業(yè)前計算出的理論航高，在進(jìn)入作業(yè)區(qū)后要對作業(yè)區(qū)有個進(jìn)一步的了解，比如估算擬選基站位置和操作手所處位置與測區(qū)最低點(diǎn)、最高點(diǎn)的高差等，進(jìn)而根據(jù)選定的視野開闊的埋石點(diǎn)空間位置，計算無人機(jī)起降位置的垂向區(qū)間，綜合考慮電池續(xù)航時間、地面實(shí)際分辨率等因素，對航高進(jìn)行進(jìn)一步的計算、優(yōu)化，從而獲取航測作業(yè)最佳的飛行高度。

航線的優(yōu)化：主要體現(xiàn)在以下三個方面。首先，減少側(cè)風(fēng)的不利影響。進(jìn)入測區(qū)后根據(jù)天氣情況（比如風(fēng)力、風(fēng)向的變化），優(yōu)化航線，避免無人機(jī)作業(yè)飛行方向與風(fēng)向相垂直，盡力降低側(cè)風(fēng)對無人機(jī)的干擾，確保無人機(jī)飛行姿態(tài)穩(wěn)定;其次，盡量減少航線中的拐點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)，降低無人機(jī)不必要的加速、減速、轉(zhuǎn)向等所造成的電量消耗，延長飛行器有效作業(yè)時間、提升作業(yè)效率;再次，對于切割較強(qiáng)的山脊、山崖或采坑陡壁等部位，可根據(jù)實(shí)地情況考慮是否增加航次、加密航線，提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量;最后，通過優(yōu)化航線，使飛行路線盡可能平行于遮擋物的邊線（比如山脊線）作業(yè)，必要時“人隨機(jī)走”，盡可能保證無人機(jī)可以獲取足夠強(qiáng)度的遙控器信號，避免出現(xiàn)信號中斷、丟失的情況，消除墜機(jī)的隱患。

2?航測作業(yè)重疊率不足

對地形切割強(qiáng)度估算有誤，局部地形強(qiáng)切割地段（諸如陡峭的山脊或者礦山露天采坑側(cè)壁陡崖）會出現(xiàn)重疊率不合理而影響航測質(zhì)量的問題，甚至導(dǎo)致影像拼接變形或出現(xiàn)空洞。

針對強(qiáng)切割陡坡地形，可以采用“井”字型航線規(guī)劃加密航線，同時適當(dāng)降低重疊率以提高作業(yè)效率，保障足夠的重疊率?？紤]到續(xù)航時間的限制，盡量采用“打補(bǔ)丁”的方式，針對某些特殊片區(qū)進(jìn)行加密航線。以大疆精靈四為例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：深切割山區(qū)非“井”字型布設(shè)航線：航向、旁向重疊率一般在75%以上;“井”字型布設(shè)航線：航向、旁向重疊率降低至65%左右仍可滿足作業(yè)需求。

3?氣候、陰影對航攝影像的影響

1）氣候：山區(qū)氣候多變，主要表現(xiàn)在大風(fēng)天氣風(fēng)力干擾下，尤其是側(cè)風(fēng)，使得無人機(jī)飛行姿態(tài)難以控制，航測質(zhì)量下降。作業(yè)前根據(jù)風(fēng)向，合理規(guī)劃航線，盡量使航線與風(fēng)向平行，降低側(cè)風(fēng)的干擾。

2）陰影：深切割的山區(qū)，山體陰影巨大，對成像質(zhì)量有明顯的影響。為保證正射影像質(zhì)量，可選擇在接近正午的時段開展航測作業(yè)。

4?操作手的活動區(qū)域規(guī)劃

通常，深切割山區(qū)很難避免遙控器信號傳輸受阻的現(xiàn)象。因此，在諸項(xiàng)作業(yè)參數(shù)選定后，根據(jù)實(shí)地情況對操作手可能的活動區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃。操作手的活動區(qū)域主要滿足以下條件：作業(yè)時，預(yù)判飛行器信號可能受到干擾時，移動最短的距離即可及時排除遮擋物的信號阻擾。通常，在遮擋物規(guī)模不大的情況下（比如獨(dú)峰），該區(qū)域可選在遮擋物周邊;若遮擋物為狹長山脊，操作手活動區(qū)域則盡量選擇遠(yuǎn)離遮擋物的平緩高地。

5?結(jié)語

深切割山區(qū)航測作業(yè)，認(rèn)真判讀衛(wèi)星影像、現(xiàn)場充分踏勘了解的基礎(chǔ)上，綜合考慮山體走向、切割強(qiáng)度、坡度、陰影、氣候等因素，合理架設(shè)基站，規(guī)劃布設(shè)航線、航高、重疊率，方可保質(zhì)保量完成作業(yè)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]Phantom4_RTK用戶手冊.

[2]Phantom4_RTK全系列說明書.