無人機載雙拼相機低空航測系統(tǒng)技術(shù)探索

李立奇

【摘 要】論文介紹了先進的無人機載雙拼相機與寬角相機低空航測系統(tǒng)的組合，并闡述了該系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)軟件情況，以及大比例尺的測圖生產(chǎn)流程。雙拼相機系統(tǒng)和單相機系統(tǒng)存在著一定的差異，在航測過程中通過運用雙拼組合將成效系統(tǒng)內(nèi)的旁像視場角擴大，在航測過程中等高的條件下，擴大了航帶影響的地面覆蓋寬度增加了一倍，進而提升了航測的效率。

【Abstract】The paper introduces the combination of the advanced unmanned aerial vehicle two-format cameras and the wide-angle camera low altitude aerial survey system， and expounds the organization structure and data software of the system， and the production process of large scale mapping. There are some differences between two-format cameras system and single camera system. In the course of aerial survey， the side view field angle of the imaging system will be expanded by using the double combination. Under the condition of equal height in the course of aerial survey， the width of the coverage of the aerial images has doubled， thus to improve the efficiency of aerial survey.

【關(guān)鍵詞】雙拼相機；無人機載；低空航測

【Keywords】two-format cameras； unmanned aerial vehicle； low altitude aerial survey

【中圖分類號】P231 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）10-0165-02

1 引言

無人機經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，其技術(shù)水平得到了極大的提升，特別是在今年來的微電子、航空、通訊、傳感器、導(dǎo)航等相關(guān)技術(shù)得到了快速的進步與發(fā)展，促使無人機技術(shù)的發(fā)展得到了顯著的提升，并處于快速發(fā)展階段，將其廣泛應(yīng)用到了各個領(lǐng)域中，也為未來航空器發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從20世紀(jì)80年代至今，通信技術(shù)、計算機技術(shù)以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷進步與發(fā)展，使得無人機的體積更小、重量更輕、探測精度更高，而且隨著數(shù)字化等新型傳感器的出現(xiàn)，使得無人機飛行系統(tǒng)的性能不斷提升，并不斷拓展了其應(yīng)用的領(lǐng)域和應(yīng)用范圍，為航測帶來了一定的便利[1]。

2 低空航測系統(tǒng)雙相機的優(yōu)勢

無人機測系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢，如較強的靈活性、投入成本低，不需要機場起降、可在陰雨天氣下進行拍攝，目前我國已被廣泛的推廣和應(yīng)用。但是，在當(dāng)前市場很多無人機拍攝系統(tǒng)，都屬于輕小便捷型，其中都攜載了數(shù)碼相機，因此在進行拍攝的過程中，所拍攝出的畫面較小，由于飛行航攝效率低，促使后續(xù)處理效率較低，由于測繪部門對測繪的圖像要求較高，在航測規(guī)范中也包含了大比例地形圖的高程和平面精度、在全球范圍內(nèi)各種性能、各種種類以及不同種類的無人機類型已達到百種，并且續(xù)航時間已從一小時提升到了幾十小時，任務(wù)負(fù)載從幾千克左右提升到了幾百千克左右，這也為航測范圍、延長時間提供了有利的保障，為執(zhí)行多種工作以及搭載多種傳感器創(chuàng)造了有利條件。

為了保障低空無人機的輕小性、安全性低空無人機應(yīng)該具備一定的輕載荷性，在現(xiàn)在市場上所提供的無人機載荷不能超過五千克[2]。所以這類無人機不能裝載有人駕駛的高檔航空相機。當(dāng)前很多高檔的無人機都采用了普通相機，其像素在3K-4像元上，將單個數(shù)碼相機為基礎(chǔ)來研究雙拼相機，一方面可有效擴大傳感器內(nèi)的容量，另外一方面也能形成組合寬角視場。例如大鵬系列的低空航測無人機它采用了固定翼與四旋翼相結(jié)合的布局，運用可靠的解決方式將固定型的無人機垂直起降難題解決，并具有固定翼無人機的優(yōu)勢，如速度快、航時長、距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢，低空航測系統(tǒng)雙拼相機的無人機具有以下特點，垂直起降，沒有空域和起降地的要求，空側(cè)效率較高。結(jié)構(gòu)簡單，展開時間短、塊狀型結(jié)構(gòu)；具有較高的可靠性，該系統(tǒng)無人機具備完善的處理應(yīng)急邏輯和監(jiān)控警告系統(tǒng)；RTK定位，定位準(zhǔn)確；起飛便捷，可一鍵起飛，具有一定的安全便捷可靠性。圖1為大鵬系列的垂直起降固定型的無人機。

垂直起降固定型羽翼無人機是運用多個單相機，并應(yīng)用了外場拼接方式將其進行拼接，較為理想的拼接方式是在內(nèi)視場進行拼接，它可有效地實現(xiàn)將多個單相機進行拼接，但運用內(nèi)視場的拼接方式難度較大。而外視場拼接方式采用了成型的單相機進行有效的拼接，但由于不同的單相機，其機械尺寸是不同的，因此使得兩種相機的投影中心不能重合，外視場進行拼接可將其分為外傾視和內(nèi)傾視兩種，內(nèi)傾視是運用兩個相機的鏡頭向內(nèi)側(cè)傾斜，而外傾視是將兩個相機的鏡頭都向外側(cè)傾斜[3]。

3 CW-10航測系統(tǒng)無人機

當(dāng)前我國已有300家檢測單位已擁有甲乙級別的航攝資質(zhì)，采用無人機測繪的數(shù)量已經(jīng)超過了干架的數(shù)量，此類計算不包括無人服務(wù)個人、公司以及無航攝資質(zhì)的測繪企業(yè)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計了解到，在測繪行業(yè)中所使用無人機已經(jīng)超過了兩千架。

3.1 CW-10航測系統(tǒng)無人機的組成

隨著社會的進步與發(fā)展，為了更好地順應(yīng)社會的發(fā)展趨勢應(yīng)在傳統(tǒng)單相機構(gòu)造的基礎(chǔ)上創(chuàng)新大相機設(shè)計，但應(yīng)充分了解當(dāng)前航測無人機面臨的問題，第一難以滿足航測在起降場，不能滿足無人機起降要求，并且彈射架較為笨拙，不容易被移動、針對操作人員來說，需要對其進行較長的培訓(xùn)才能滿足根本控制無人機的根本要求[4]。航時較短，工作效率較低，投入成本高，POS精確度低、可靠性低，因此為了將相關(guān)問題解決，可使用垂直起降無人機航測系統(tǒng)，它的布局設(shè)計上運用了復(fù)合翼，并且能夠垂直起降，可全自動飛行，僅需要在地面上運用軟件便可操作，其航時可達到六小時左右，在內(nèi)部設(shè)置了差分系統(tǒng)，可有效提升POS精確度，也能減少像控點可達到50%到90%左右，其結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的可靠性，可對相關(guān)事件進行應(yīng)急保護。 運用低空航測系統(tǒng)無人機與一些大型的航空遙控系統(tǒng)無人機存在著一定的差距，但構(gòu)成基本一致，可在空中抗風(fēng)，它由動力西戎、飛行平臺、遙感傳感器、飛行控制系統(tǒng)，處理遙感數(shù)據(jù)的軟件所構(gòu)成。

3.2 無人機航測的飛行控制系統(tǒng)

作為任務(wù)載體的無人機，其飛行控制系統(tǒng)應(yīng)具備一定的安全可靠性，并且其任務(wù)設(shè)備應(yīng)從地面升至到定點的空城和高度，進而能夠保障預(yù)期所設(shè)定的目標(biāo)。實際上飛行控制系統(tǒng)是由機載自主控制和地面控制兩個部分。在航空機升空與回控的過程中是由地面工作人員在地面通過遙控進行控制，飛機在達到所設(shè)定的高度后可通過機載自主系統(tǒng)進行控制，并且能有效地將上述兩種控制方式進行合理的控制無人機的機載的自主控制系統(tǒng)是具有感知性的傳感器、操縱舵面、處理數(shù)據(jù)，以及具備控制功能的計算機、BIT、無線的遙控收發(fā)裝置設(shè)備等系統(tǒng)構(gòu)成。

3.3 無人機遙控軟件控制系統(tǒng)

在處理無人機遙控數(shù)據(jù)的過程中，對傳統(tǒng)的航空數(shù)據(jù)攝影進行合理的處理時，其處理流程基本一致，但由于飛行控制與無人機的遙控感應(yīng)系統(tǒng)等方面存在著一定的克制條件，進而使得在處理后期無人機遙感數(shù)據(jù)時存在著一定的技術(shù)難度，成都縱橫自動化技術(shù)有限公司研究的 CW-10航測系統(tǒng)無人機就能將此類問題解決，它能更好地對遙感數(shù)據(jù)進行更好地處理，并將相關(guān)制約條件進行更好的克制，使得無人機的低空遙感系統(tǒng)的發(fā)展不至于處理停滯不前[5]。在運用CW-10航測系統(tǒng)無人機的過程中能夠有效節(jié)約工作人員的時間，也能更好地解決布置像控點的難題，可實現(xiàn)免像控，還可依然保持較好的姿態(tài)，和較高的工作效率，可真正達到三個好標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

CW-10低空航攝系統(tǒng)的無人機，在對低空進行攝影時，其飛行效率是采用單行相機的兩倍，內(nèi)業(yè)測繪工作與對后續(xù)外業(yè)的控制較為簡單便捷，能對一些自然災(zāi)害進行有效的測繪，它具有低投入、高回報的優(yōu)勢，通過運用低空航攝無人機拍攝，人們能及時獲得自然災(zāi)害的信息，并提出合理的解決措施。隨著無人機遙控系統(tǒng)技術(shù)的產(chǎn)生與GPS集成的實現(xiàn)，使用該系統(tǒng)能夠有效實現(xiàn)高空拍攝，這是一種有效的時間分辨率數(shù)據(jù)收集手段。

【參考文獻】

【1】趙培， 王光彥， 王之順，等. 消費型無人機在低空航測中的可行性應(yīng)用研究[J]. 礦山測量， 2018（3）：90.

【2】呂山. 無人機航測系統(tǒng)在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用研究[J]. 世界有色金屬， 2018（1）：67.

【3】李長青， 曹明蘭， 李亞東，等. 低空無人機航測露天礦三維重構(gòu)方法與試驗[J]. 測繪通報， 2018（3）：89-92.

【4】鄧學(xué)鋒， 賀雅輝， 高宇. 無人機大比例尺航測系統(tǒng)的研制及應(yīng)用[J]. 測繪通報， 2017（6）：87-89.

【5】湯堅， 楊驥， 宮煦利. 面向電網(wǎng)巡檢的多旋翼無人機航測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 測繪通報， 2017（5）：67-70.