无人机“观察者3”无人机在航空测绘中的应用

2016-12-22   来源:未知  
  
     随着3S技术为代表的高新测绘技术和计算机技术的快速发展,传统的测绘行业正在迅速向地理信息产业转化。传统的测绘生产主体模式已发生根本性变化,产品由模拟形式转为数字形式,地理信息的采集、存贮、加工和分发已成为一种全新的概念。

 

 
  随着市场经济体制的建立和不断完善,测绘市场发育趋向成熟。首先,测绘产品的需求不断增大,服务领域不断拓宽。近年来,除传统用户外,电信、公安、环保、金融等行业的需求不断增长,测绘产品的服务面几乎覆盖了国民经济的所有行业,初步实现了测绘为国民经济建设、国防、民众和政府服务的行业目标,充分显示了测绘行业的重要性。
 
  传统的航空测绘方法是利用载人飞机进行高空拍摄,获取原始影像图,缺点是载人飞机使用成本高、维护费用高、飞行手续繁琐等,尤其是对于高难度的测绘任务,需要操作人员承担较大风险。
 
  无人机航空测绘是指利用轻型无人机搭载高分辨率数字彩色相机获取测区影像信息,并通过相应的软件对所获取的图像信息进行处理,按照一定精度要求制作成图像。近年来,无人机航空摄影在大中比例尺地形图、地质灾害等航空摄影测量领域的应用日益广泛。
 
  无人机测绘在突发事件处理中的应用
 
  在突发事件中,要用常规的方法进行测绘地形图制作,往往达不到理想效果,且周期较长,无法实时进行监控。在2008 年汶川地震救灾中,由于震灾区是在山区,且环境较为恶劣,天气比较多变,多以阴雨天为主,利用卫星遥感系统或载人航空遥感系统,无法及时获取灾区的实时地面影像,不便于进行及时救灾。而无人机的航空遥感系统则可以避免以上情况,迅速进入灾区,对震后的灾情调查、地质滑坡及泥石流等实施动态监测,并对汶川的道路损害及房屋坍塌情况进行有效的评估,为后续的灾区重建工作等方面提供了更有力的帮助。无人机测绘在突发事件处理中的应用取得了很好的效果,并取得了出乎意料的成功。
 
  无人机测绘在特殊目标获取方面的应用
 
  例如2014年9月24日某单位在制作1:1万大比例尺地形图时,针对特殊目标清真寺需要获取该地区影像数据,而该目标较小,如果通过其它航拍影像或卫星影像很难获取精准的影像资料。因此,利用无人机遥感对该地区及特殊目标进行获取,所获得的影像精度高,并且特殊目标位置准确,对大比例尺图幅的快速制作有很大的帮助,大大节省了人力、物力。
 
  无人机航测通常低空飞行,空域申请便利,受气候条件影响较小。对起降场地的要求低,一般只要有一小块较为平整的地面即可实现起降。例如龙圣公司研发的“观察者3”垂直起降无人机,可抗5级风,不需要跑道,可以一键垂直起降、全程自主飞行,能够在山区、丘陵、丛林等复杂地形和建筑物密集的区域作业,大大扩展了应用范围。“观察者3”采用轻量化设计,无需复杂的辅助设备,单人即可展开、撤收,运输、维护便利。升空准备时间20分钟即可,航时1小时,根据任务要求每天可获取数十至上百平方公里的航测结果,其时效性和性价比大大优于传统航空测绘方式。
 
  “观察者3”主要特点
 
  布局形式:常规固定翼结合四旋翼布局形式,结构简单可靠;
 
  实用高效:具有固定翼无人机航时长、速度快、距离远的特点,航程可达70公里,实时图传距离可达10公里;
 
  垂直起降:具有旋翼无人机的垂直起降能力,大幅降低起降场地和空域要求,无需跑道或弹射装置,最大限度降低了无人机起降过程中的风险;
 
  系统紧凑:采用轻量化设计,无需复杂的辅助设备,单人即可展开、撤收,运输、维护便利;
 
  操作简便:集成智能化的飞控与导航系统,一键自主起降,全程自主航线飞行,无需庞大的地面站控制设备,无论是笔记本、平板、手机均可无线接入系统,操作人员无需复杂的专业培训;
 
  安全可靠:飞控系统采用成熟的军工级产品硬件架构,加之多年控制算法在飞行实践中不断的迭代积累,为产品带来高可靠性的保证,系统内置多重主动、被动安全保护策略,多余度确保飞行安全;
 
  高效数传:融合卓越的数据传输系统,无人机所需的所有控制及图像信息均采用标准的TCP信息传输及分发架构,可快速接入用户现有网络化信息管理系统,实时信息共享;
 
  环保能源:系统采用高效电池提供能源,既绿色环保,又省去了油动发动机繁复的养护过程,便于用户后期维护使用;
 
  性价比高:超低的采购价格,低廉的维护成本,系统软件免费升级;
 
  多型载荷:为行业客户量身定做了可见光、红外或双光等多种型号工业级光电载荷系统,全高清显示,配合三轴增稳云台,为用户提供持续平稳流畅的图像。载荷系统采用模块化设计,统一的机械、电气接口,可根据不同的任务需求,进行快速更换。
 
  “观察者3”测绘流程
 
  “观察者3”无人机飞控导航系统采用多模态控制律设计,采用进口MTI模块,能够实现高精度姿态控制和航迹控制。配备i-RTK定位模块,能够达到厘米级定位精度,满足高精度测绘作业需求。
 
  具体流程如下:
 
  (1)飞行方案设计
 
  任务规划前挑选并导入基础地图,根据测绘区域确定作业飞行范围,保证地空通视无遮挡,工作人员应对测绘区及周围进行实地踏勘,采集地形地貌、地表植被以及周边的机场、重要设施、城镇布局、道路交通、人口密度等信息,为起降场地的选取、航线规划、应急预案制订提供资料。另外,还需判断作业当天的天气条件,包括光照、能见度、风速等,既要保证具有充足的光照度,又要避免过大的阴影。
 
  地面分辨率应根据不同比例尺航摄成图要求,在确保成图精度的前提下,本着有利于缩短成图周期、降低成本、提高测绘综合效益的原则选择。
 
  (2)飞行作业实施
 
  起飞前对全系统作基本程序检查,确保所有设备状态正常。“观察者3”具备一键自主飞行能力,起降和飞行全过程无需人工介入。飞机通过垂直起降方式起飞,飞行过程中机上相机和i-RTK接受飞控触发信号指令开始执行自动航拍任务,地面控制站实时掌握飞机的飞行高度、姿态、方位、空速、电池电量、电压等重要状态参数,保证飞机安全平稳沿预定航线飞行。飞行过程中也可随时通过地面控制软件发送指令来改变飞行计划。
 
  (3)事后图像处理
 
  一般来说,航拍照片航向重叠度一般应为60%~65%,个别最大不得大于75%,最小不得小于56%。机上搭载的相机所拍摄到的图像本地SD卡存储不需要实时下传,“观察者3”可按最大航程70公里作业飞行,飞机降落后,用户可采用商用或专用影像快速处理软件对机上存储的图像进行处理,既可以现场生成图像质量报告,用于检查图片质量及覆盖率,也可采用相关的飞后图像测量软件最终生成DEM、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据等各类地理信息产品。
 
  随着我国信息化建设和科学技术的不断进步和发展,无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、数据链路系统、传感器技术、图像传输、生产制造和实际应用等诸多技术领域都有了长足的进步,现代化水平有了明显提高,利用无人机进行航空测绘日益成为地理信息获取的重要手段,具有广阔的应用前景。
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