參與單位：

黑龍江精臻科技發(fā)展有限公司

參與人員：

高連鵬，張俊峰，安佰強(qiáng)，王永浩，李方超，孫凱

測試時(shí)間：

2019.04.25-2019.04.26

1 項(xiàng)目準(zhǔn)備

1.1概述

精靈 Phantom 4 RTK是一款小型多旋翼高精度航測無人機(jī)，面向低空攝影測量應(yīng)用，具備厘米級(jí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，便攜易用，全面提升航測效率 。其免像控模式，大幅度解決了外業(yè)測繪布設(shè)和測量大量像控點(diǎn)的麻煩，更加提高了外業(yè)測量的效率，是行業(yè)市場同類型無人機(jī)中的突出優(yōu)點(diǎn)。

此外，推出的大疆智圖地面站系統(tǒng)，規(guī)劃航線更加快捷，同時(shí)還提供2D平面攝影、3D傾斜攝影（井字航線與五向航線）、航點(diǎn)飛行、航帶飛行等多種飛行規(guī)劃方式。增加的大疆配套D-RTK2移動(dòng)基站讓航飛環(huán)境不再苛刻，數(shù)據(jù)獲取更加準(zhǔn)確。

大疆智圖中含有實(shí)時(shí)建圖功能，讓成圖更便捷，應(yīng)對(duì)緊急事態(tài)的項(xiàng)目更加游刃有余。本文討論的是使用大疆Phantom4 RTK，并在架設(shè)D-RTK2基站的情況下，在地面站軟件上進(jìn)行航線規(guī)劃，正射以及傾斜航飛模式外業(yè)數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行實(shí)時(shí)建圖，對(duì)獲取的影像進(jìn)行處理，經(jīng)過新推出的大疆智圖模型重建來生產(chǎn)真實(shí)景二維與三維模型，利用三維模型進(jìn)行1:500比例尺線劃圖采集及精度評(píng)估。

為突出P4R本身的免像控優(yōu)勢，本項(xiàng)目未布設(shè)像控點(diǎn)。

1.2測區(qū)基本情況

測區(qū)位于哈爾濱市香坊區(qū)東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的校區(qū)內(nèi)，屬校區(qū)中部景觀庭園部分，位置較空曠，有少量建筑物且高度較低，校區(qū)內(nèi)風(fēng)速與強(qiáng)度不大，飛行條件適宜。測區(qū)整體地勢平坦，航飛項(xiàng)目進(jìn)行期間風(fēng)速也達(dá)到三級(jí)左右。

項(xiàng)目飛行空域不涵蓋禁飛區(qū)，如圖1.1所示（藍(lán)色藍(lán)色封閉填充為試驗(yàn)區(qū)）：

△圖1.2 測區(qū)范圍

測試目標(biāo)要求實(shí)景三維模型成果要能滿足精度較嚴(yán)格的城市測量規(guī)范中 1:500 測圖標(biāo)準(zhǔn)，即：平面中誤差±0.25m，高程注記點(diǎn)中誤差±0.15m，最大允許誤差不超過 2 倍中誤差。測量基準(zhǔn)采用國家 2000 坐標(biāo)系統(tǒng)，1985 國家高程基準(zhǔn)。

1.3作業(yè)流程

△圖1.3 作業(yè)流程圖

1.4測試目的

通過實(shí)際生產(chǎn)，檢測大疆Phantom4 RTK無人機(jī)航測成果采集的地形圖精度，判定大疆Phantom 4 RTK作業(yè)能否滿足生產(chǎn)1:500比例尺地形圖的精度要求。

2 無人機(jī)航飛

2.1航線規(guī)劃

按照相關(guān)技術(shù)資料和要求，在遙控器中，導(dǎo)入測區(qū)KML格式范圍線，進(jìn)行飛行航線的規(guī)劃和飛行參數(shù)的設(shè)置。

項(xiàng)目航線主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下（建圖航拍與傾斜攝影通用此參數(shù)）：

（1）地面分辨率：2.74cm

（2）航向/旁向重疊度：80%；80%

（3）飛行速度：5m/s

（4）畸變修正：關(guān)閉

另外由于飛行器自檢無法檢測硬件條件，在航飛前需仔細(xì)檢查無人機(jī)的硬件設(shè)備，槳葉是否有殘留，安裝是否牢固，電池電量是否充足，遙控器是否正常工作，地面站是否正常工作等等。

檢查無誤后準(zhǔn)備起飛。

△圖2.1 航線規(guī)劃

2.2二維實(shí)時(shí)建圖

本次項(xiàng)目中圖傳質(zhì)量一般，但仍可看到實(shí)時(shí)建圖的高效性、實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)建圖功能可應(yīng)用于災(zāi)害應(yīng)對(duì)的解決方案，包括災(zāi)前巡察監(jiān)督、災(zāi)時(shí)救援監(jiān)控以及災(zāi)后重建管理，但也不僅限于此，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)時(shí)建圖功能都有其應(yīng)用與價(jià)值。

3模型重建

3.1模型空三解算

本項(xiàng)目采用的建模軟件是大疆智圖軟件，此軟件自動(dòng)化程度高，操作步驟較少且單機(jī)處理速度快。另外即便是不同航高的無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)，大疆智圖可以很好完成空三解算，所有的照片都會(huì)成功參與計(jì)算。

△圖3.1.1 空三解算示意圖a

△圖3.1.2 空三解算示意圖b

3.2二維及三維模型重建

大疆智圖處理數(shù)據(jù)生成二維模型時(shí)間為1.5h，三維模型所用時(shí)間接近2.5h,用市場上通用的某款建模軟件處理生成二維模型所用時(shí)間為2.3h，三維模型為3.8h。

從節(jié)省時(shí)間、提高效率方面考慮，大疆智圖處理數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間比市場上通用的某建模軟件軟件的時(shí)間更少，大疆智圖更有優(yōu)勢；

從數(shù)據(jù)處理的操作簡便性方面考慮，大疆智圖只需要進(jìn)行簡單的操作，重建后即可生成模型，而市場上通用的某款建模軟件需要繁瑣的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行空三解算，然后再提交生產(chǎn)項(xiàng)目生成模型，在這個(gè)過程中加入了大量的人工操作，而繁瑣的人工操作必然會(huì)形成誤差，甚至是系統(tǒng)誤差之外的偶然誤差，從操作性上來看，大疆智圖更具有優(yōu)勢。

CPU Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1505M v5 @ 2.80GHz

RAM 16GB

GPU NVIDIA Quadro M2000M,Intel(R) HD Graphics P530

Operating | System Windows7,64-bit

二維正攝模型重建的參數(shù)設(shè)置如下：

△圖3.2.1 二維重建設(shè)置

△圖3.2.2 二維重建結(jié)果

三維傾斜模型重建的參數(shù)設(shè)置如下：

△圖3.2.3 三維重建設(shè)置

△圖3.2.4 三維重建結(jié)果

4 基于三維模型的線劃圖采集

使用3DMapper三維測圖模塊與傳統(tǒng)CAD結(jié)合進(jìn)行數(shù)字線劃圖的繪制和成圖。

（1）在3DMapper軟件中，按照大比例尺數(shù)據(jù)模板建立項(xiàng)目；

（2）在三維視角下，內(nèi)業(yè)人員按照本試驗(yàn)要求對(duì)線劃圖數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和成圖，并直接生產(chǎn)符合數(shù)據(jù)庫質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)；

（3）在CAD中打開，仍能適用于傳統(tǒng)軟件編輯。

△圖4 三維重建結(jié)果

5 質(zhì)量報(bào)告

5.1二維模型質(zhì)量報(bào)告

RTK的實(shí)時(shí)差分情況良好，全部都是固定解（FIX）

△圖5.1.1 RTK固定情況

在質(zhì)量報(bào)告中，可以得到相機(jī)照片的畸變校正參數(shù)，在使用第三方軟件進(jìn)行模型重建前，空三解算時(shí)需要輸入K值與P值，進(jìn)行畸變校正后提高模型精度。

△圖5.1.2 畸變參數(shù)值

常規(guī)結(jié)果數(shù)據(jù)包括地圖場景是城市或者農(nóng)田、模型質(zhì)量等級(jí)是否優(yōu)良、以及是否為正確協(xié)調(diào)，除了以上這些常規(guī)數(shù)據(jù)，還可以得到DSM預(yù)覽圖以及場景重疊分析。

△圖5.1.3 DSM預(yù)覽圖

△圖5.1.4 場景疊加分析

5.2三維模型質(zhì)量報(bào)告

三維模型的質(zhì)量報(bào)告內(nèi)指標(biāo)與上述內(nèi)容大致相似，也可以作為模型質(zhì)量檢測的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考。

△圖5.2 三維質(zhì)量報(bào)告

6 精度驗(yàn)證

6.1精度驗(yàn)證準(zhǔn)備

本次針對(duì)大疆智圖的成圖精度進(jìn)行檢核，為了檢核精度，在測區(qū)布設(shè)了9個(gè)檢核點(diǎn)，使用購買大疆P4R贈(zèng)送的一年網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)，選擇CGCS2000坐標(biāo)，進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)采集，檢核點(diǎn)分布如圖：

△圖6.1 檢核點(diǎn)示意圖

6.2精度驗(yàn)證方法

利用省CORS系統(tǒng)（CGCS2000國家坐標(biāo)系），采用GNSS接收機(jī)RTK模式直接布設(shè)圖根控制點(diǎn)，使用全站儀采用極坐標(biāo)方式測定明顯地物點(diǎn)的坐標(biāo)，通過檢測坐標(biāo)與成果圖獲取坐標(biāo)的對(duì)比，檢測地形圖的平面精度。

6.3精度驗(yàn)證計(jì)算方法

地物點(diǎn)平面精度及高程精度檢測后的數(shù)據(jù)采用高精度檢測公式計(jì)算，如下：

（6.2）

6.4檢測結(jié)果

把三維模型上量取的檢核點(diǎn)的坐標(biāo)與實(shí)測的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行精度評(píng)定。

平面精度如下表：

△表6.3 平面精度表

經(jīng)檢測表明，利用大疆Phantom4 RTK采用2.47cm分辨率進(jìn)行平面攝影測量2D與攝影測量3D后，建模編輯生成1:500地形圖的方法滿足1:500地形圖成圖精度要求。

7 總結(jié)與展望

1 由以上檢測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，最終成果精度完全達(dá)到了1:500地形圖規(guī)范要求。使用Phantom4 RTK無人機(jī)航測的方案，是完全可以滿足大比例尺測圖精度要求的。

經(jīng)過計(jì)算，采用大疆Phantom 4 RTK 以及Terra方案，工程項(xiàng)目的外業(yè)踏勘、外業(yè)飛行、內(nèi)業(yè)處理以及人員投入成本和管理成本方面，可以節(jié)約大量企業(yè)成本，提高了效益，不僅成果精度可以保證，而且工作效率是傳統(tǒng)測繪方式的數(shù)倍甚至更高。

2 大疆P4R以及大疆智圖Terra是一套一站式行業(yè)解決方案，包含多種自主航線規(guī)劃模式、實(shí)時(shí)二維建圖、二維模型與三維模型重建以及數(shù)據(jù)成果輸出，能夠全面提升測繪及泛測繪行業(yè)內(nèi)外業(yè)效率。

3 目前大疆智圖支持精靈 Phantom 4 RTK、精靈 Phantom 4 Pro V2.0、精靈 Phantom 4 Pro+V2.0、精靈 Phantom 4 Pro、精靈 Phantom 4 Advanced 及 精靈 Phantom 4。（其中精靈 Phantom 4 不支持實(shí)時(shí)二維建圖）

4 購買大疆智圖專業(yè)版，可永久使用，并且同一許可證下最多可累計(jì)綁定 3 臺(tái) Windows 系統(tǒng)電腦，可同時(shí)使用，更利于提高處理數(shù)據(jù)效率（目前不支持集群處理）。

5 經(jīng)過實(shí)際航飛項(xiàng)目應(yīng)用，大疆P4R以及Terra帶給了我們諸多驚喜，期望大疆更好的發(fā)展，帶給測繪行業(yè)新的變革。