紅鵬：創(chuàng)新中國無人機微型傾斜攝影技術(shù)

李雪敏

2018年11月21日，時值中國創(chuàng)新方法大賽開啟，一場創(chuàng)新成果展同步舉行，國內(nèi)眾多企業(yè)帶來創(chuàng)新成果產(chǎn)品。這些創(chuàng)新成果引來了參展觀眾的駐足。其中，一架新型多旋翼無人機及一款外形新穎的微型傾斜相機引來了眾多觀眾的圍觀。這一系列產(chǎn)品出自于廣州市紅鵬直升機遙感科技有限公司。

近年來，我國無人機發(fā)展迅速，各行各業(yè)都可見到無人機的身影。以前，無人機多用于軍工方面;現(xiàn)在，無人機在民用方面發(fā)揮著巨大的作用。

紅鵬公司于2002年在廣州創(chuàng)建，是集傾斜相機和無人機研發(fā)、生產(chǎn)、服務于一身，以軍工品質(zhì)打造專業(yè)的產(chǎn)品。2013年率先在業(yè)內(nèi)研發(fā)出了基于電動旋翼無人機的微型傾斜攝影產(chǎn)品，帶動了國內(nèi)低空傾斜航空攝影技術(shù)的迅速發(fā)展。

研發(fā)新型多旋翼無人機測圖系統(tǒng)

隨著無人機應用進入我國航天、軍工、民用各個領域，我國無人機的潛在市場在迅速擴展。20世紀70年代，我國開始自主研制無人偵察機。改革開放以后，在民用領域中探索可行性。據(jù)了解，我國從事無人機行業(yè)的單位有300多家，形成了配套齊全的研發(fā)、制造、銷售和服務體系的有160家左右。紅鵬在創(chuàng)建之初便秉承著使命、戰(zhàn)斗、信義、創(chuàng)新的精神，致力于成為中國傾斜航空攝影服務的領導品牌。

據(jù)項目研發(fā)負責人鄧立龍介紹，紅鵬自主研發(fā)的第二代多旋翼無人機測圖系統(tǒng)主要是由六旋翼無人機、微型傾斜相機、自動三維建模軟件三部分組成。該機具有高精度和高效率的特性，可獨立完成從航空攝影、自動三維建模到地形圖快速提取的功能，每架次（30分鐘）可完成0.5平方公里1：500航測任務，每天可作業(yè)8～10架次，全套裝備不超過20公斤，機動靈活。此系統(tǒng)具有體積小、重量輕的特點，全套設備封裝在兩個便攜式運輸箱中，2個人即可便攜運輸，5分鐘準備，即可進行飛行作業(yè)。

第二代多旋翼無人機測圖系統(tǒng)主要采用傾斜攝影為主要攝影方式。傾斜攝影是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、側(cè)視等不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界，有效彌補了傳統(tǒng)正射影像只能從垂直角度拍攝地物的局限。

“紅鵬采用六軸無人機AC1200。它是專門為微型傾斜相機定制的電動無人機，適于100米至300米高度層的飛行作業(yè)。它在搭載傾斜相機后可高效靈活執(zhí)行高分辨率航攝任務，內(nèi)置的降落傘保護裝置可確保無人機安全作業(yè)，”鄧立龍說。

眾所周知，相機是測圖系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。但是傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展一直受限于其云臺技術(shù)的開發(fā)進度。紅鵬依靠不懈的堅持和努力，憑著前瞻性的戰(zhàn)略眼光和強大的技術(shù)研發(fā)實力，歷時5年，專注于自主研發(fā)輕型航空器外掛攝影吊艙，成功研制出系列化的傾斜相機。在一系列的傾斜相機中，小金牛AP3400R傾斜相機備受關(guān)注。

小金牛AP3400R，全球首款毫米級分辨率傾斜相機，是一款三相機協(xié)同旋轉(zhuǎn)拍攝的數(shù)據(jù)獲取設備，一個曝光周期可獲取近3億像素影像，且飛行及建模效率與傳統(tǒng)五鏡頭相比均有成倍提升，特別適用于地籍測量等高精度三維地理數(shù)據(jù)表獲取任務，實現(xiàn)了從5個角度到12個角度的創(chuàng)新突破，從5個鏡頭到3鏡頭掃擺相機的技術(shù)突破。

鄧立龍說：“這款傾斜相機外觀類似于飛機，采用流線型工業(yè)設計，最大程度減少飛行風阻，保持平穩(wěn)性。通過三臺相機旋轉(zhuǎn)拍攝，可獲取多角度影像，獲取效率比傳統(tǒng)五相機提高一倍以上。并且通過獨特的相機設計，可極大地減少傳統(tǒng)五相機的冗余數(shù)據(jù)，從而使同等數(shù)據(jù)量下降一半以上。搭載獨立曝光模塊，支持機上供電與電池獨立供電兩種方案，可自主執(zhí)行拍攝，適合多類型無人機掛載。它采用超輕型產(chǎn)品設計，單相機2430萬像素傳感器，整機重量僅1.6kg，極大地延長了無人機的續(xù)航時間?！?/p>

紅鵬在廣州設有測繪技術(shù)中心，專業(yè)為客戶提供快速便捷的數(shù)據(jù)服務。微型傾斜相機采用多臺相機統(tǒng)一存儲讀取的方式，一卡式插拔操作即可完成數(shù)據(jù)的拷貝。并且將獲取的影像數(shù)據(jù)導入到自動建模軟件，即可無需人工干預快速生成三維模型。截至目前，已經(jīng)在廣州市、深圳市等多個地區(qū)提供傾斜攝影三維自動建模服務。傾斜相機技術(shù)的解決將無人機的發(fā)展帶向更高層次，也是中國人對國際測繪界的一大巨獻。

提供全方位產(chǎn)品應用服務

目前從用途來看，無人機主要分為工業(yè)級無人機及消費級無人機。在工業(yè)級無人機方面，主要應用于農(nóng)用植保、地圖測繪、軍警救援、電力巡航、物流配送等領域。在消費級無人機方面，以穿越無人機比賽玩家級別，其航拍功能使用最廣。近年來，我國民用無人家的市場也進入了白熱化的狀態(tài)中，市場需求規(guī)模達到了50%以上，這也標志著無人機的使用越來越廣泛。

紅鵬自主研發(fā)的第二代多旋翼無人機測圖系統(tǒng)在產(chǎn)品應用方面也是非常豐富的。在應急測繪方面，即自然災害，突發(fā)事件等災害事故現(xiàn)場，無人機可以進入到救援人員無法到達的危險地點，并從空中視角拍攝到人力所不能及的范圍。如果在普通的無人機的攝像系統(tǒng)中加裝傾斜攝影相機，可以將拍攝到的影像在第一時間生成災害現(xiàn)場的三維模型，為救援指揮工作提供有效幫助。

在公共安全行業(yè)方面，傾斜攝影給公安帶來的優(yōu)勢就是快速建模和分析?？捎糜谥攸c建筑物所布控，重大危險污染源監(jiān)控、消防通道測量與評估等多項公共安全服務。尤其是城市公共安全，傾斜攝影可以在很短時間內(nèi)建立起某個區(qū)域的三角場景模型，給預案和安保部署、警力分配甚至狙擊手位置的安全等提供基礎。據(jù)鄧立龍介紹，近年來，紅鵬已為部分公安局及軍方提供紅鵬直升機攝影設備，為公共安全保駕護航。

正是由于紅鵬傾斜攝影技術(shù)的先進性，紅鵬無人機及其他產(chǎn)品走向南極。我國第32次和33次南極科考均采用紅鵬產(chǎn)品。在第32次南極科考期間，考察隊員首次采用黑龍江省測繪科學研究所和紅鵬公司共同打造的“冰川”號傾斜攝影測量無人機系統(tǒng)，共執(zhí)行8個架次飛行，利用獲取的南極長城站戰(zhàn)區(qū)周邊5000余張厘米級高分辨率航空影像，制成首張南極科考站區(qū)三維實景地圖。在第33次南極科考期間，紅鵬無人機傾斜攝影系統(tǒng)繼續(xù)跟隨科考隊深入南極圈?？朔卮艊乐馗蓴_、氣象、交通、空域等多種不利因素，先后執(zhí)行32架次，獲取厘米級傾斜影像22000張，成功獲取南極中山站區(qū)傾斜航攝影像，為我國新的南極科考站選址做出貢獻。

除此之外，傾斜攝影在文物保護、城市管理、水利應用、智慧旅游、管線運維等方面發(fā)揮著巨大作用。

在文物保護方面，傾斜攝影應用于了解文物現(xiàn)狀，制定模擬修復方案，計算修復所需土石方量，全面、形象、逼真地恢復文物面貌。在城市管理方面，可應用于違法用地管理、重點工程管理、空中執(zhí)法監(jiān)測服務特別是城市變化動態(tài)檢測。對于水利行業(yè)，傾斜攝影提供的真實、準確、及時的三維模型，可實現(xiàn)水利設施與地形無縫結(jié)合，并將各類動態(tài)信息、復雜關(guān)系及時準確地表達出來。對于旅游行業(yè)來說，傾斜攝影技術(shù)是必不可少的，可應用于基礎設施可視化管理、“沉浸式”虛擬旅游體驗、3600真實景點瀏覽、合理規(guī)劃旅游線路、精準位置定位及導航、游客迷路救援、制定逃生路線等。管線作為關(guān)系國計民生的城市重要的基礎設施，具有規(guī)模大、范圍廣、種類繁多、分布復雜、變化迅速等特點、運用傾斜攝影可快速搭建管線的真實模型、管線數(shù)據(jù)更新與維護、建立管線二三維數(shù)據(jù)庫、實現(xiàn)各類專業(yè)管線、管孔、井蓋等的信息探測等。

鄧立龍說：“無人機作為國家新興的行業(yè)，市場廣闊。但是傳統(tǒng)的手工操控還是存在的，所以無人機的推廣活動還需要慢慢進行。未來，紅鵬將一如既往，繼續(xù)攻克難題，讓操作方式越來越簡單化?！?/p>

通過紅鵬人的不懈努力，早在2014年無人機傾斜攝影被鑒定為達到國際先進水平，2015被評為地理信息科技進步獎三等獎。2017年入選第三屆軍民融合高新技術(shù)裝備成果展，獲得“慶祝中國人民解放軍建軍90周年閱兵信息保障貢獻突出獎”。2018年高精度多視角相機被評定為國際先進水平，榮獲中國地理信息科技進步獎二等獎。多次參加國內(nèi)和平使命等大型軍事演習，并先后參與了魯?shù)榈卣?、天津港爆炸、深圳滑坡和山東壽光水災應急救援等重大事件，為我國無人機行業(yè)的發(fā)展作出了巨大貢獻。