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目前,無人機鐳射雷達和攝影測量成像應用正在快速增長。這其實並不奇怪,因為與使用配備了攝像測量裝置的飛行器相比,使用配備了GPS的無人機(UAV)進行空中測量更具成本效益。
由於無人機相對便宜,可以在有需要的大型區域進行快速勘察。此外,使用配備了GPS、數碼相機以及強大計算機的無人機,可以進行精度達1至2釐米的測量。
本文全面介紹了這種無人機繪圖技術。此外,還將對利用無人機進行攝影測量和鐳射雷達測繪的領域進行簡單的介紹。
什麼是無人機攝影測量?
攝影測量是透過照片進行測量的科學。攝影測量的結果通常是一些現實世界的物體或陸地地圖、素描或3D模型。
3D地圖和模型
要從航拍測量中構建3D地圖,需要將攝像機安裝在無人機上,並且通常都是垂直指向地面。而使用攝影測量法構建紀念碑或雕像的3D模型,則需要將攝像機水平安裝在無人機上。
無人機飛行途中拍攝的地面或模型的多個重疊照片(80%至90%重疊),再加上自主程式設計飛行路徑被稱作路標點。將物體或地面的照片重疊80至90%,是無法透過導航準確完成的。
那麼擁有一個配備了路標點導航技術的無人機則非常重要。
無人機繪圖和鐳射雷達詳解
無人機鐳射雷達主要是透過在無人機上安裝鐳射掃描器,以對無人機拍攝景觀的點高度進行測量。鐳射雷達也叫做光感測距技術(Lidar)。鐳射雷達掃描器可以在一天內掃描數百平方公里區域。在每平方米區域內透過測量10到80個點,可以對所掃描景觀構建一個非常詳細的數字模型。
準確的測量使得所構建的3D模型能用於許多領域的設計、規劃以及決策過程。
鐳射雷達感測器還可以穿透密集的森林林冠層和植被,從而對衛星看不到的地球結構進行拍攝,以及對植物進行詳細拍攝以便進行植被分類和變化監測。
攝影測量和鐳射雷達的用途
透過使用無人機攝影測量和鐳射雷達測繪,可以從航拍影象中提取許多有用元素。這些有用元素包括:
DEM / DTM / DSM(表面模型);
正射影像(地理空間校正的航空圖象);
3D建築模型;
輪廓地圖;
平面特徵(道路邊界、高度、標誌以及建築物輪廓等);
體積調查。
下面簡單介紹一下鐳射雷達和攝影測量的一些最佳用途。所有這些領域都收益於各自專案的精確3D影象。與使用傳統飛行器相比,它們還可以提高效率並降低成本。
林業管理與規劃;
洪水建模;
汙染建模;
繪圖和製圖;
城市規劃;
海岸線管理;
交通規劃;
油氣勘探;
採石場和礦產(體積和勘探);
考古;
蜂窩網路規劃。
攝影測量術一開始處於默默無聞的地位,隨著無人機鐳射雷達感測器的出現,現在得到了廣泛的應用。
3D植被建模
這裡需要注意的是,植被建模使用的是多光譜感測器和鐳射雷達感測器,而不是攝影測量感測器。
用於攝影測量和無人機3D繪圖的攝像機
行業目前已經開發出了幾款配備了攝像機、用於3D繪圖的無人機。實際上,任何配備了曝光控制器攝像機的無人機都是合適的。曝光控制器能觸發相機快門。最小照片拍攝數為每兩秒一張照片。以下相機都能很好地用於攝影測量和繪圖。
佳能相機 - S110、SX260;
索尼相機 - QX1、DSC-RX100 A7R、A7、A7S、NEX-6、NEX-5R、NEX-5T、A5100;
松下相機 - GH3。
GoPro相機鏡頭不太適合構建航空地圖。為了得到某種更佳結果,飛行器飛行高度要達到400英尺(約120米)以上。
此外,還可以透過包括Phantom 3、Phantom 4以及Inspire 1在內的大疆無人機整合攝像頭進行攝影測量影象的拍攝。下文將會對大疆無人機進行詳細講解。
用於攝影測量和3D繪圖的無人機
接下來將盤點7種配備了自動駕駛和GPS(這也是攝影測量和鐳射雷達繪圖的關鍵技術)、且非常實惠的無人機。
一、大疆攝影測量無人機
包括DroneDeploy在內的企業現在都開發出了與所有大疆無人機相容的軟體,包括其最新的Mavic Pro摺疊無人機。
1. 大疆無人機—Mavic Pro
這款Mavic Pro非常適用於攝影測量和鐳射雷達測繪應用。這款四軸飛行器使用了最新的IMU、飛行控制穩定技術,還配備了一個4k穩定的整合框架和攝像機。
透過如DroneDeploy或Pix4D等企業提供的軟體,這樣將構建非常精確的點雲和完美的3D繪圖。
航路導航對於構建精確的3D攝影測量影象非常重要。Mavic Pro使用了“Draw Waypoint”進行自動飛行。
其飛行距離為4.3英里(7公里),飛行時間長達27分鐘。
2. 大疆Matrice 100無人機-無人機繪圖
Matrice 100平臺擁有大疆所有易於飛行的技術。包括飛行控制器、推進系統、GPS、DJI Lightbridge(全高畫質無線數字影象傳輸系統)、專用遙控器以及可充電電池。此外還有額外的擴充套件架,允許您新增如相機、紅外感測器以及用於構建複雜3D地圖的鐳射雷達掃描器等元件。
Matrice 100具有增強的GPS功能,能實現高精度的攝影測量。該增強型GPS功能還能實現Matrix 100位置的實時跟蹤,同時實現更快的衛星探測、更準確的位置控制和飛行計劃。
3. 用於攝影測量的Phantom 4 Pro大疆無人機
該Phantom 4 Pro大疆無人機能使用Pix4Dmapper Mesh大疆版本。Phantom 4還適用於Drone Deploy和Site Scan軟體,下文將會一一提及。Phantom 4飛行非常平穩,採用了雙導航系統,還使用了障礙探測和防碰撞感測器。此外,還擁有一個4k攝像機。非常重要的是它也使用了航路導航技術。
4. DJI Phantom 3和Inspire 1攝影測量無人機
在2015年9月進行韌體和軟體更新之後,就賦予了DJI Inspire 1和Phantom 3模型航路導航技術,該無人機目前可以用於攝影測量。
與DJI無人機使用的最佳軟體是Pix4Dmapper Mesh DJI版。此外,DJI Phantom 3和Inspire 1也可以使用Altizure應用程式進行攝影測量。
5. 用於繪圖的大疆Spreading Wings S1000無人機
Spreading Wings S1000型號可以實現定製,以裝配多種不同型別的攝像機和感測器。
其他用於攝影測量的無人機
二、SenseFly eBee Pro繪圖無人機
EBee繪圖無人機是一種擁有固定翼、完全自動化的無人機,可拍攝高解析度航空照片,還可以將所拍攝的照片轉換為精確的2D正射投影以及3D模型。EBee單次飛行可達12平方公里(4.6平方英里),透過較低的飛行高度飛過較小區域,透過GSD還可以拍攝低至1.5釐米/畫素的影象。
EBee帶有兩個軟體包:eMotion(飛行計劃和控制)和Postflight Terra 3D(專業攝影測量)。
三、用於航測的3DR X8-M無人機
3DR X8-M擁有一個完整的套件,包括四軸飛行器、高解析度佳能12 MP數碼相機以及將照片渲染成3D地圖所需的Pix4DMapper第3版軟體。3DR X8-M具有GPS、自主航路導航、以及可重複的飛行路線,是精確航測圖和測量的完美選擇。X8-M是設計和規劃自動飛行任務並構建3D攝影測量圖最便捷的無人機之一。
四、3DR Aero-M固定翼無人機
Aero-M是一種用於構建高解析度影片航測圖的一體化解決方案。這是為農業、建築、文物保護、搜救以及應急響應等大規模作業獲取高度詳細資料的完美平臺。Aero-M具有輕巧堅固的泡沫框架。
Aero-M套件包括佳能S100高解析度12 MP相機,功能強大的Pix4Dmapper LT 3DR版軟體,用於構建高精度、地理參考和正射投影的馬賽克。
五、3DR SOLO無人機
3DR SOLO無人機於2015年釋出,專為GoPro Hero 4相機而設計。現在可以透過Pix4Dmapper Mesh軟體,利用該SOLO無人機構建3D影象。
六、Trimble UX5無人機
Trimble UX5能提供最佳影象質量以及最高攝影測量精度的影象。UX5相機具有大型成像感測器,即使在黑暗或陰天的情況下也能拍攝非常清晰、色彩豐富的影象。24 MP相機及其定製光學元件使UX5能夠獲取精準度為2.0釐米(0.79英寸)解析度的資料。
Trimble UX5的這種設計意味著它可以在幾乎所有的天氣條件下飛行。
七、Aeryon Scout Map版航拍多軸飛行器
Aeryon sUAS是專為任何需要勘測級精度的正射投影、DSMs和從空中或傾斜航空成像點雲的應用而設計,能與GIS、CAD以及傳統攝影測量軟體實現無縫整合。
Aeryon Map無人機還包括Aeryon SkyRanger sUAS以及Pix4Dmapper軟體,可實現現場和辦公室影象處理,包括用於3D視覺化和編輯的整合工具。
回覆列表
可以的。現在的用無人機制作地形圖、拍攝大面積的區域的很多。
無人機應用最多的測繪領域的無人機。測繪領域更多需要的是固定翼等效率高的無人機。
一、航線設計
無人機做測繪,需要我們設計好航線,讓無人機按照航線飛行,同時在合適的時候拍照,具體需要設定的有:
1) 地面解析度
為了提高成圖的精度,設計平均航高時地面解析度取0.1米。
2) 航攝分割槽的劃分
分割槽儘量按長方形進行劃分,易於測區接邊;航攝區域內的地形高度差不應大於1/6航攝航高,高差較大區域應劃分分割槽。
3) 分割槽基準面高度的確定
依據分割槽地形起伏、飛行安全條件等確定分割槽基準面高度。
4) 生成航線
在地面站系統中進行航線的設計,分別將每個攝影分割槽的四角座標輸入到地面站軟體,設定航線的間距和飛行的方向,軟體可自動生成航線檔案。
5) 航攝季節和航攝時間的選擇
a) 航攝季節應選擇攝區最有利的氣象條件,應儘量避免或減少地表植被和其他覆蓋物(如積雪、洪水等)對攝影和測圖的不利影響,確保航攝影像能夠真實地顯示地面細部。
b) 航攝時,既要保證具有充足的光照度,又要避免多大的陰影。
c) 森林、草地、大面積的鹽灘、鹽鹼地,當地正午前後各2小時內不應攝影。
d) 陡峭山區和高層建築物密集的大城市應在當地正午前後各1小時內攝影,條件允許時,可實施雲下攝影。
二、航攝作業
航攝作業時,安全是首要考慮的要素,因此飛機組裝完成後,要進行一系列嚴格的檢查並進行詳細的記錄,在確保安全的情況下才能升空作業。具體的檢查項包括:
(1)俯仰檢查
檢查陀螺零點正確,俯仰角正確,兩個資料都是向上為正值。UAV模式下,飛機俯仰變化時,升降舵面向相應方向偏轉阻尼俯仰變化。
(2)滾轉檢查
陀螺零點正確,滾轉角正確,右滾為正值。UAV模式下,繞機身軸線滾轉飛機時,副翼舵面向相應方向偏轉阻尼滾轉變化。
(3)水平設定
當飛控在飛機裡面安裝之後,透過設定俯仰滾轉偏置使飛控的俯仰角和滾轉角與飛機姿態對應起來。將飛機機翼水平放置,將飛控的俯仰滾轉角清零。
(4)空速檢查
將空速管前用手遮擋住氣流,此時空速顯示值在零附近,否則請重新設定空速零位。再用手指堵住空速管稍用力壓縮管內空氣,空速顯示值應逐漸增加或者保持,否則就有可能漏氣或者堵塞。
(5)高度計檢查
如果有條件得到當前控制盒所在高度的氣壓值,在地面站上設定當前氣壓值和當前的高度值。變化飛機的高度,高度顯示值將隨之變化。
(6)轉速檢查
如果飛機安裝了轉速感測器,用手轉動發動機,觀察是否地面站是否有轉速顯示。轉速分頻設定是否正確。
(7)GPS定位檢查
從開機到GPS3D定位的時間應該在1分鐘左右,如果超過5分鐘還不能定位,檢查GPS天線連線或者其他干擾情況。定位後衛星數量一般都在6顆以上,PDOP水平定位質量資料越小越好,一般在1到2之間。
(8)震動測試
發動發動機,在不同轉速下觀察感測器資料的跳動情況,舵面的跳動情況,特別是姿態表(地平儀)所示姿態資料。所有的跳動都必須在很小的範圍內,否則改進減震措施。
(9)電池測試
透過放電試驗確定電池的有效工作時間,確保以後的飛行都在可靠的有保證的供電時間內。
(10)數傳發射對感測器的影響測試
在UAV模式下,如果影響較大,檢視感測器資料中的實際值,觀察陀螺數值是否都在零點左右;否則發射機天線位置必須移動。其他發射機也必須這樣測試。
(11)接外掛檢查
所有接外掛接插牢靠,特別是電源。
(12)風門設定檢查
發動發動機,捕獲設定風門最大值,最小值(穩定工作怠速偏上)和能夠收風門停車的位置。確保能夠控制停車。
(13)動態感測器資料觀察
遙控飛行中觀察所有感測器資料,特別是高度計,空速計和陀螺。
(14)空速計係數
無風天氣飛行中觀察GPS地速與空速,修正空速計係數。