無(wú)人機(jī)載雙拼相機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)技術(shù)探索

李立奇

（云南云測(cè)科技有限責(zé)任公司，昆明 650100）

1 引言

無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)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(lái)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(jìn)步與發(fā)展，促使無(wú)人機(jī)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(gè)領(lǐng)域中，也為未來(lái)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(jì)算機(jī)技術(shù)以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步與發(fā)展，使得無(wú)人機(jī)的體積更小、重量更輕、探測(cè)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(wú)人機(jī)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(cè)帶來(lái)了一定的便利[1]。

2 低空航測(cè)系統(tǒng)雙相機(jī)的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)測(cè)系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢(shì)，如較強(qiáng)的靈活性、投入成本低，不需要機(jī)場(chǎng)起降、可在陰雨天氣下進(jìn)行拍攝，目前我國(guó)已被廣泛的推廣和應(yīng)用。但是，在當(dāng)前市場(chǎng)很多無(wú)人機(jī)拍攝系統(tǒng)，都屬于輕小便捷型，其中都攜載了數(shù)碼相機(jī)，因此在進(jìn)行拍攝的過(guò)程中，所拍攝出的畫(huà)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(cè)繪部門(mén)對(duì)測(cè)繪的圖像要求較高，在航測(cè)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(wú)人機(jī)類型已達(dá)到百種，并且續(xù)航時(shí)間已從一小時(shí)提升到了幾十小時(shí)，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(cè)范圍、延長(zhǎng)時(shí)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(wú)人機(jī)的輕小性、安全性低空無(wú)人機(jī)應(yīng)該具備一定的輕載荷性，在現(xiàn)在市場(chǎng)上所提供的無(wú)人機(jī)載荷不能超過(guò)五千克[2]。所以這類無(wú)人機(jī)不能裝載有人駕駛的高檔航空相機(jī)。當(dāng)前很多高檔的無(wú)人機(jī)都采用了普通相機(jī)，其像素在3K-4像元上，將單個(gè)數(shù)碼相機(jī)為基礎(chǔ)來(lái)研究雙拼相機(jī)，一方面可有效擴(kuò)大傳感器內(nèi)的容量，另外一方面也能形成組合寬角視場(chǎng)。例如大鵬系列的低空航測(cè)無(wú)人機(jī)它采用了固定翼與四旋翼相結(jié)合的布局，運(yùn)用可靠的解決方式將固定型的無(wú)人機(jī)垂直起降難題解決，并具有固定翼無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，如速度快、航時(shí)長(zhǎng)、距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，低空航測(cè)系統(tǒng)雙拼相機(jī)的無(wú)人機(jī)具有以下特點(diǎn)，垂直起降，沒(méi)有空域和起降地的要求，空側(cè)效率較高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，展開(kāi)時(shí)間短、塊狀型結(jié)構(gòu)；具有較高的可靠性,該系統(tǒng)無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)。

圖1 大鵬系列的垂直起降固定型羽翼無(wú)人機(jī)

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

3 CW-10航測(cè)系統(tǒng)無(wú)人機(jī)

當(dāng)前我國(guó)已有300家檢測(cè)單位已擁有甲乙級(jí)別的航攝資質(zhì)，采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了干架的數(shù)量，此類計(jì)算不包括無(wú)人服務(wù)個(gè)人、公司以及無(wú)航攝資質(zhì)的測(cè)繪企業(yè)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)了解到，在測(cè)繪行業(yè)中所使用無(wú)人機(jī)已經(jīng)超過(guò)了兩千架。

3.1 CW-10航測(cè)系統(tǒng)無(wú)人機(jī)的組成

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，為了更好地順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)在傳統(tǒng)單相機(jī)構(gòu)造的基礎(chǔ)上創(chuàng)新大相機(jī)設(shè)計(jì)，但應(yīng)充分了解當(dāng)前航測(cè)無(wú)人機(jī)面臨的問(wèn)題，第一難以滿足航測(cè)在起降場(chǎng)，不能滿足無(wú)人機(jī)起降要求，并且彈射架較為笨拙，不容易被移動(dòng)、針對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)，需要對(duì)其進(jìn)行較長(zhǎng)的培訓(xùn)才能滿足根本控制無(wú)人機(jī)的根本要求[4]。航時(shí)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(wèn)題解決，可使用垂直起降無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)，它的布局設(shè)計(jì)上運(yùn)用了復(fù)合翼，并且能夠垂直起降，可全自動(dòng)飛行，僅需要在地面上運(yùn)用軟件便可操作，其航時(shí)可達(dá)到六小時(shí)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(diǎn)可達(dá)到50%到90%左右，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的可靠性，可對(duì)相關(guān)事件進(jìn)行應(yīng)急保護(hù)。運(yùn)用低空航測(cè)系統(tǒng)無(wú)人機(jī)與一些大型的航空遙控系統(tǒng)無(wú)人機(jī)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(dòng)力西戎、飛行平臺(tái)、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(wú)人機(jī)航測(cè)的飛行控制系統(tǒng)

作為任務(wù)載體的無(wú)人機(jī)，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(diǎn)的空城和高度，進(jìn)而能夠保障預(yù)期所設(shè)定的目標(biāo)。實(shí)際上飛行控制系統(tǒng)是由機(jī)載自主控制和地面控制兩個(gè)部分。在航空機(jī)升空與回控的過(guò)程中是由地面工作人員在地面通過(guò)遙控進(jìn)行控制，飛機(jī)在達(dá)到所設(shè)定的高度后可通過(guò)機(jī)載自主系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且能有效地將上述兩種控制方式進(jìn)行合理的控制無(wú)人機(jī)的機(jī)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(jì)算機(jī)、BIT、無(wú)線的遙控收發(fā)裝置設(shè)備等系統(tǒng)構(gòu)成。

3.3 無(wú)人機(jī)遙控軟件控制系統(tǒng)

在處理無(wú)人機(jī)遙控?cái)?shù)據(jù)的過(guò)程中，對(duì)傳統(tǒng)的航空數(shù)據(jù)攝影進(jìn)行合理的處理時(shí)，其處理流程基本一致，但由于飛行控制與無(wú)人機(jī)的遙控感應(yīng)系統(tǒng)等方面存在著一定的克制條件，進(jìn)而使得在處理后期無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)時(shí)存在著一定的技術(shù)難度，成都縱橫自動(dòng)化技術(shù)有限公司研究的CW-10航測(cè)系統(tǒng)無(wú)人機(jī)就能將此類問(wèn)題解決，它能更好地對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行更好地處理，并將相關(guān)制約條件進(jìn)行更好的克制，使得無(wú)人機(jī)的低空遙感系統(tǒng)的發(fā)展不至于處理停滯不前[5]。在運(yùn)用CW-10航測(cè)系統(tǒng)無(wú)人機(jī)的過(guò)程中能夠有效節(jié)約工作人員的時(shí)間，也能更好地解決布置像控點(diǎn)的難題，可實(shí)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(dá)到三個(gè)好標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

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