《無人機測繪技術》項目二

無人機測繪數據采集任務1

無人機航測任務規劃隨著無人機越來越多的被應用到各種行業當中，而任務規劃是無人機執行任務過程中至關重要的一步，無人機任務規劃的目的是找出一條最優飛行航路，在確保無人機安全的前提下最大限度的發揮無人機的作用。本任務我們將對無人機航測任務規劃進行學習，為后續無人機測繪實踐打下堅實的基礎。任務引入正確認識自身崗位，熱愛本職工作，時刻保持恭敬心與敬畏心；嚴格遵守崗位操作規程，確保工具、設備和自身的安全；養成良好的團隊協作精神和較強的組織溝通能力。思政要點03能夠按照無人機航線規劃要點和要求完成無人機的航測任務規劃；技能要點02掌握無人機航測任務規劃的原則知識要點；了解無人機航測任務規劃軟件的功能特點；掌握無人機仿地飛行的優勢及設置方法。知識要點01學習目標無人機航測任務規劃的航線規劃原則；無人機航測任務規劃實施。無人機航測任務規劃實施。重點難點學習重點和難點03無人機航測任務規劃實施02無人機航測任務規劃軟件01無人機航測任務的航線規劃原則目錄CONTENTS2無人機航測任務規劃Part1無人機航測任務的航線規劃原則飛行參數設計確認航攝區域的地形狀況，根據相機參數、比例尺等，計算飛行高度和基線長度等內容，做好航線布設工作。航攝分區123分區界線一般應與圖廓線相一致。分區內的地形高差不應大于1/6航攝高。當地面高差突變，地形特征差別顯著或有特殊要求時，可以劃分航攝分區。航線敷設固定翼設計飛行高度應高于攝區和航路最高點100m，設計總航程應小于無人機能到達的最遠航程，避免無人機撞山或者因燃油耗盡造成飛行事故；根據相機鏡頭、地面分辨率、像元尺寸確定航高，高差突變地區根據實際地形和要求確定；航線方向一般根據風向、航攝區域的地勢走向、區域形狀等合理規劃；進行水域攝影時，應盡量避免像主點落水，要確保所有島嶼達到完整覆蓋，并能構成立體像對。航線敷設航高設計：根據成圖比例尺和相機參數的設定，地面站軟件會自動生成航線的飛行高度；相片重疊度設計：一般規定航向重疊度為60%，最少不得少于53%；旁向重疊度為30%，最少不得少于15%；航線形狀：航線形狀根據航攝成果要求、無人機平臺和任務設備性能，常見可選的航線形狀為套耕航線、蛇形航線、帶狀航線和井字航線等；仿地飛行：在地形起伏較大的測區，有些無人機設備會提供仿地飛行的功能，在保證航攝成果質量的同時，可以大幅度提高航攝效率。2無人機航測任務規劃Part2無人機航測任務規劃軟件無人機地面站功能任務回放功能根據保存在數據庫中的飛行數據，在任務結束后，使用回放功能可以詳細地觀察飛行過程的每一個細節，檢查任務執行效果。航線規劃功能具有航測功能的地面站可以自動生成常見的幾種航測航線，并將拍照等指令附加在航點設置上，以應對多種作業需求。飛行監控功能及無人機控制將主要的信息用虛擬儀表或其他控件顯示，供地面操縱人員參考。同時根據飛機的狀態，實時地發送控制命令，操縱無人機飛行。任務設備控制功能地面控制站可以設定控制或實時控制無人機搭載的任務設備，并監控其工作狀態。常見無人機航測任務規劃軟件DJIPilot2是深圳大疆創新科技有限公司為大疆旗下無人機、云臺相機等產品設計的一款航線任務規劃軟件，該款軟件具有非常強大的畫面監控能力和航線規劃能力，通過使用該款軟件可以有效配合大疆行業飛行器實現流暢的實時圖傳、飛行器的操控、云臺相機控制等內容。DJIPilot2App多旋翼無人機航測任務規劃軟件常見無人機航測任務規劃軟件UAVGCS地面站是基于航測用戶中心設計的垂直起降固定翼無人機航測任務規劃軟件，具有理想的人機交互界面。專為航測新手設計的智能地面站航線規劃算法，能夠優化航線規劃操作步驟并一鍵生成測繪航線，在保證數據采集精度的基礎上減少數據采集量，大幅度優化了航線里程，給使用人員帶來高效的航測體驗。UAVGCS地面站垂直起降固定翼無人機航測任務規劃軟件2無人機航測任務規劃Part3無人機航測任務規劃實施無人機航線規劃注意要點飛行環境限制無人機在執行任務時，會受到禁飛區、障礙物、險惡地形等復雜地理環境的限制，在飛行過程中應盡量避開相關區域。無人機物理性能無人機物理性能會對飛行航跡產生影響，無人機飛行過程中應充分考慮自身的物理性能，防止飛行過程中受自身物理性能影響導致墜毀。實時性要求由于任務的不確定性，實際飛行過程中難以保證獲得的環境信息不發生變化，常常需要臨時改變飛行任務。航線規劃要求根據所需成圖比例確定地面分辨率和航高。重疊度設置要求航向的重疊度不能低于53%，設置在60%-80%之間，旁向重疊度不低于15%，設置在15%-60%之間（航線規劃重疊率設置可根據實際地理環境進行調整）。像片的傾角應當小于5°，最大的傾角不超過12°，傾角大于8°的像片數量上不能大于總像片數量的10%。地形條件相對困難的地區傾角應小于8°，最大傾角不超過15°，傾角大于10°的像片數量不能大于總像片數量的10%。航攝區邊界覆蓋中要求保證測區全覆蓋，在邊界上沿著航線方向的覆蓋范圍要超過2條的航線，邊界上旁向攝區的覆蓋范圍應超出測區一條航線或超過像幅的50%。山區飛行時，應避免飛行器撞山，地勢起伏區域，應該確保最低點分辨率以及最高點重疊度均滿足精度要求，并規劃好高差航線。應該避免像主點落在特征點較為貧乏的區域，要盡可能避免同類地物處于一張像片中。針對落差較大的測區執行航攝任務時，要在保證飛行器安全飛行的前提下合理地進行航攝分區。航線規劃要求垂直起降固定翼無人機任務規劃設置航測區域1設置航測參數2自動生成航點3導出任務4垂直起降固定翼無人機任務規劃①首先，選擇地圖源，本案例中采用“高德地圖”。其次，在地圖中找到航測區域，建議使用“UAV”選項卡中“搜索位置”功能，找到航測區域位置“清華大學”。設置航測區域垂直起降固定翼無人機任務規劃②點擊右側航測選項卡，在地面站地圖顯示區可見一個陰影多邊形區域，長按鼠標左鍵拖動該陰影區域至所需航測位置，單擊多邊形的邊可增加多邊形的頂點，通過拖動多邊形的頂點可調整航測區域的范圍及形狀。設置航測區域垂直起降固定翼無人機任務規劃設置航測參數建議：默認航向重疊率為75%，旁向重疊率為60%，若想達到較高品質成果，建議航向重疊率不低于80%，旁向重疊率不低于65%。在航測選項卡中按航測要求設定分辨率、飛行高度、航線角度與重疊率，其中飛行高度與分辨率互為影響，無人機飛行高度越高，飛行時獲得的圖像中每個像素所代表的地面距離就越大，單次作業面積也就越大。垂直起降固定翼無人機任務規劃航測參數設置完成后，可以在航測信息數據欄中了解航測作業相關信息，點擊生成航點即可自動規劃生成航測任務。自動生成航測任務垂直起降固定翼無人機任務規劃航測任務設置完成后，點擊UAV菜單欄中的“導出任務”選項，選擇保存路徑后即可保存航測任務。同理，選擇“加載任務”即可加載航測任務直接使用。導出或加載任務啟動遙控器電源并打開DJIPilot2軟件，點擊DJIPilot2主界面的“航線”選項進入航線規劃。步驟一：開啟遙控器以DJIPilot2軟件為例，對多旋翼無人機地面站任務規劃方法步驟進行說明多旋翼無人機地面站任務規劃①進入航線界面后會顯示“創建航線”和“航線導入（KMZ/KML)”兩個選項，點擊“創建航線”進入創建航線界面，航線后續也將保存在此界面。步驟二：創建航線多旋翼無人機地面站任務規劃適用于規劃一條航線，讓飛機沿著該航線進行拍照或錄像。航點飛行適用于對一片區域進行下視影像采集，再進行二維重建。建圖航拍適用于多相機多角度對一片區域進行影像采集，再進行三維重建。傾斜攝影適用于對河道、鐵路等帶狀區域進行下視影像采集，獲取影像數據。航帶飛行②根據任務需求及任務環境選擇所需創建的航線類型。這里以傾斜攝影素材采集為例進行航線規劃，點擊“傾斜攝影”進入傾斜攝影航線規劃界面。步驟二：創建航線多旋翼無人機地面站任務規劃多旋翼無人機地面站任務規劃③進入傾斜攝影后，在任務區域中點擊“點擊生成測繪區域”即可生成航線任務區域。步驟二：創建航線多旋翼無人機地面站任務規劃④調整任務區域大小，合理設置任務區域范圍，將所需要采集數據的區域全部調整在藍色范圍內，并進行航線名稱設置。步驟二：創建航線多旋翼無人機地面站任務規劃⑤點擊“選擇相機”選項選擇數據采集相機，這里以DJIMavic3E行業版為例，點擊“DJIMavic行業版”，選擇“廣角相機”即可生成航線。在傾斜攝影中共可生成5條航線，第1條為正射影像航線，其余為傾斜拍攝的航線。步驟二：創建航線多旋翼無人機地面站任務規劃①云臺俯仰角度（傾斜）設置可根據任務需求調整云臺俯仰角度，云臺俯仰角度可調整范圍為-85°到-40°，當測區內建筑高差較大時建議增加傾斜角度以拍攝出更多建筑物上層的影像，當測區內建建筑密集時可以減小云臺角度以拍攝出更多的樓宇間的影像。步驟三：設置航線參數多旋翼無人機地面站任務規劃②航線高度設置現以“相對起飛點高度”高度模式為例進行高度模式設置。“相對起飛點高度”需進行航線高度、被拍攝面相對于起飛點高度、安全起飛高度等參數設置。根據任務區域及任務區域周圍建筑物高度，航線高度必須高于周邊建筑。步驟三：設置航線參數多旋翼無人機地面站任務規劃③航線速度設置包括起飛速度、航線速度、航線速度（傾斜）和主航線角度等參數設置。步驟三：設置航線參數起飛速度指的是飛行器起飛進入航線前的速度,并不是指飛行器垂直起飛的速度。起飛速度航線速度是指正射影像航線飛行速度。航線速度航線速度（傾斜）是指傾斜攝影航線的飛行速度。航線速度（傾斜）主航線角度是指航線的飛行角度。主航線角度多旋翼無人機地面站任務規劃④完成動作設置“完成動作”選項是用來進行設置飛行器完成航線任務后的下一步操作。步驟三：設置航線參數在完成任務后飛行器將會懸停在最后一個航點，等待遙控器發布下一個指令。退出航線模式完成航線任務后，飛行器將會直接飛回降落點。自動返航完成航線任務后，飛行器將會在最后的任務的截止點進行原地降落。原地降落飛行器在完成任務后將會飛回航線的起始點進行懸停，等待遙控器的下一步指令。返回航線起始點懸停多旋翼無人機地面站任務規劃①進入航線高級設置點擊“高級設置”即可進入航線高級設置界面，可以進行旁向重疊率、航向重疊率、邊距、拍照模式等設置操作。步驟四：航線參數高級設置多旋翼無人機地面站任務規劃②重疊率設置DJIPilot2App重疊率設置包括旁向重疊率、航向重疊率、旁向重疊率（傾斜）和航向重疊率（傾斜）設置。步驟四：航線參數高級設置旁向重疊率指的是在弓字航線中，相鄰兩條航線所拍攝照片的重疊率，旁向重疊率越高，則相鄰的兩條航線也就越近。航向重疊率指的是在同一條航線中，先后連續拍攝的倆張照片中所拍攝物的重疊率。建議：默認航向重疊率為75%，旁向重疊率為60%，若想達到較高品質成果，建議縱向重疊率不低于80%，橫向重疊率不低于65%。多旋翼無人機地面站任務規劃③邊距設置邊距指的是航線超出測區拍照的范圍，此設置是為了保證測區最外一層的素材采集成果。步驟四：航線參數高級設置多旋翼無人機地面站任務規劃④拍照模式設置拍照模式分為等時間隔拍照和等距間隔拍照，可根據任務需求選擇拍照模式。步驟四：航線參數高級設置等時間隔拍照指的是無人機按照固定的時間進行拍照。等時間隔拍照等距間隔拍照指的是無人機按照一定的飛行距離進行拍照。等距間隔拍照多旋翼無人機地面站任務規劃⑤儲存航線當完成航線規劃后點擊儲存按鈕進行航線儲存，可在航線界面查看儲存航線。步驟四：航線參數高級設置多旋翼無人機地面站任務規劃注意：為減少運動模糊，快門速度建議快于1/500s。⑥相機設置點擊相機FPV界面，進行相機設置。推薦相機模式為M檔，ISO設置為Auto，并根據需要設置快門與光圈。步驟四：航線參數高級設置仿地飛行在山區等高程差較大的區域采集數據時，使用仿地飛行可使飛行器跟隨地形變化調整飛行高度，確保飛行器與地面的相對高度保持不變，從而使各區域采集照片的GSD保持一致，提升測繪數據的精確性，同時確保飛行安全。仿地飛行實時仿地功能無需DSM文件，在飛行過程中通過飛行器的視覺系統實時探測前方200m的地形起伏，實現仿地飛行。建議在環境和光線滿足視覺系統工作條件且地形坡度小于75°的區域使用該功能。開啟實時仿地功能并執行航線任務時，飛行界面右下角會顯示飛行器前方150m的地形走勢以及飛行器對地高度信息。a.對地面高度（AGL）：飛行器距離正下方地面的高度。b.飛行器速度方向：顯示飛行器運動的速度矢量方向。c.飛行軌跡線：顯示飛行器已經飛過的飛行軌跡線。d.地形走勢線：顯示飛行器當前所處區域內的地形走勢。e.限高：顯示飛行器的限飛高度。實時仿地功能仿地飛行