多旋翼無(wú)人機(jī)堆狀體航空攝影測(cè)量

魏 升 鄭 杰 萬(wàn)曉磊

（山東省地礦工程勘察院 山東濟(jì)南 250014）

引言

隨著無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，給無(wú)人機(jī)飛行器的研究提出了更高的要求。傳統(tǒng)的固定翼無(wú)人機(jī)由于存在一些缺陷，使其無(wú)法滿足航空攝影測(cè)量中的要求。而多旋翼無(wú)人機(jī)不僅機(jī)動(dòng)性高，而且適應(yīng)性強(qiáng)，可以完成各種復(fù)雜區(qū)域的航空攝影測(cè)量工作，同時(shí)其拍攝影像清晰度高，可以為后續(xù)的分析和研究提供巨大便利。然而多旋翼無(wú)人機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中還是不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些不足，所以還需要加大其研究力度，從而促進(jìn)我國(guó)航空攝影測(cè)量工作的進(jìn)一步發(fā)展。

1 無(wú)人機(jī)飛行器分類(lèi)

無(wú)人機(jī)飛行器涉及的種類(lèi)較多，根據(jù)機(jī)翼的不同，大體可以將其分為以下兩種：①固定翼飛行器。固定翼飛行器最早應(yīng)用于軍事方面，在二戰(zhàn)期間發(fā)揮了巨大的軍事作用。自此，固定翼飛行器得到了各個(gè)國(guó)家的高度重視，逐漸將固定翼飛行器應(yīng)用到民用行業(yè)，形成為航空系統(tǒng)，給人們的出行帶來(lái)了極大地便利。除此之外，固定翼無(wú)人機(jī)主要應(yīng)用在地形偵查方面，可以快速發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)，這也就是它被廣泛應(yīng)用于軍事方面的原因所在；②多旋翼飛行器。相對(duì)比固定翼飛行器，多旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加之難以控制，使得早期對(duì)于多旋翼飛行器的研究較少。但是由于多旋翼飛行器的飛行原理相對(duì)比固定翼飛行器而言較為簡(jiǎn)單、智能化水平較高，同時(shí)它具有多樣化的飛行姿態(tài)，可以適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。因此，多旋翼飛行器具有較高的研究?jī)r(jià)值，將成為未來(lái)飛行器發(fā)展的重要代表。

2 多旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

①環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)難度較大，對(duì)于一些復(fù)雜的區(qū)域很難進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和管理，而多旋翼飛行器則不同，它可以通過(guò)無(wú)線遙感進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，不需要工作人員進(jìn)行實(shí)地深入，所以一方面減輕了工作難度，另一方面也降低了危險(xiǎn)的發(fā)生概率。工作人員只需要根據(jù)飛行器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行接收和判斷，以完成相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)，這極大地提高了監(jiān)測(cè)效率；②低空偵查方面。由于多旋翼飛行器可以實(shí)現(xiàn)低空監(jiān)控，而且還可以結(jié)合紅外線設(shè)備進(jìn)行能見(jiàn)度較低環(huán)境下的拍攝，這對(duì)于偵查事業(yè)的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用；③軍用方面。除了商業(yè)方面的應(yīng)用外，多旋翼飛行器在軍用方面的應(yīng)用效果更為顯著，一般情況下多旋翼飛行器可以用作軍事突襲，即將飛行器上放置大型殺傷力設(shè)備，例如炸彈等，通過(guò)遠(yuǎn)程操控可以將其深入敵軍內(nèi)部，完成突襲任務(wù)。由于多旋翼飛行器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積輕巧，所以其在軍事方面的應(yīng)用前景較為巨大；④信號(hào)干擾方面。在軍事方面除了突襲外，多旋翼飛行器還常常用作信號(hào)干擾的設(shè)備，通過(guò)將其深入敵軍軍事范圍內(nèi)，利用其攜帶相關(guān)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)敵軍的信息干擾，達(dá)到相應(yīng)的軍事目的。

3 多旋翼無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的應(yīng)用

3.1 工程概況

某縣級(jí)公路在發(fā)生三次大規(guī)?；潞?，當(dāng)?shù)卣{(diào)查人員對(duì)其采取了勘察，重點(diǎn)對(duì)第三次滑坡進(jìn)行勘察，在完成公路邊坡加固后，利用多旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)其進(jìn)行攝影測(cè)量。

3.2 多旋翼無(wú)人機(jī)低空攝影

本次研究所使用的多旋翼無(wú)人機(jī)承載量為5kg，相機(jī)像素為1200萬(wàn)，具備GPS導(dǎo)航功能，同時(shí)可設(shè)置飛行路線，便于工作人員操控和低空攝影測(cè)量。此次的公路邊坡加固工程完成后，進(jìn)行了多旋翼無(wú)人機(jī)的航空攝影測(cè)量工作。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，選定的飛行路線大體與坡面平行。此飛行路線不同于《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z3005-2010）中要求的路線，例如相對(duì)于坡腳的實(shí)際飛行高度不超過(guò)100m，而邊坡的最大高差超過(guò)70m，因此實(shí)際飛行高度遠(yuǎn)低于規(guī)范的要求。為了確認(rèn)關(guān)鍵部位的情況，從不同角度和高度對(duì)同一部位進(jìn)行多次拍攝，導(dǎo)致飛行路線出現(xiàn)交叉。攝影過(guò)程中通過(guò)GPS記錄每張照片的拍攝位置，但無(wú)法記錄影像旋偏角。此次測(cè)量共獲取照片125張，在影像處理時(shí)所有照片全部可用[1]。

3.3 影像處理

目前影像處理軟件眾多，本研究采用商業(yè)軟件Pix4D，它可以自動(dòng)完成空三、生成DOM和DSM等工作。處理的照片越多計(jì)算量越大，且耗時(shí)越多。在本研究中采用的計(jì)算機(jī)為個(gè)人用臺(tái)式計(jì)算機(jī)，刺控制點(diǎn)的工作完成后，計(jì)算機(jī)共用2h，得到的DOM如圖1所示。

圖1 公路邊坡DOM

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本次研究主要分析了多旋翼無(wú)人機(jī)在公路邊坡影像獲取中的應(yīng)用，由于傳統(tǒng)的方法所得到的平面圖無(wú)法驗(yàn)證公路邊坡加固方案的可行性，而多旋翼無(wú)人機(jī)所拍攝的照片在完成處理后，達(dá)到了預(yù)期的效果，具有很好地應(yīng)用價(jià)值。

[1]潘海兵.多旋翼無(wú)人機(jī)控制與仿真[D].沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，2017.

[2]代君，管宇峰，任淑紅.多旋翼無(wú)人機(jī)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)探討[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，32（16）：22～24.

[3]李誠(chéng)龍.多旋翼無(wú)人機(jī)高空飛行穩(wěn)定控制問(wèn)題研究[D].浙江大學(xué)，2016.