消费级无人机在高速公路服务区改造设计中航测成图的应用探索

盛 帆，唐建亚，石 梦

(江苏中路信息科技有限公司，江苏 南京 210019)

0 概 述

无人机由无线电遥控设备和自主程序控制装置操作，或直接由车载式计算机自主控制。无人机体积小、机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、生产周期短等特点，使其不受地域、高度、角度、交通管控的影响，适用范围与领域宽广。尤其在国土测绘领域，无人机航测技术的发明与应用更是颠覆传统测绘作业方式，成为航空摄影测量手段的有利补充。自2003年起，无人机航测技术甚至成为国土测绘领域中大比例尺测图最主要的测绘技术。

根应用领域的不同，无人机分为军用和民用，而民用无人机又可被分为行业应用级和消费级。国土测绘领域使用的无人机通常属于行业应用级无人机，具备完善的飞行控制平台与地面站。但是，行业应用级无人机一般尺寸较大、飞行载荷较大、操作飞行难度也较大，受其制造工艺与制造技术限制的影响，无人机平台的造价也较为昂贵。因此，极大限制了行业应用级无人机在其他领域的发展与使用。伴随着近年来行业应用级无人机市场需求的释放，消费级无人机市场需求迅速扩增。其中，“大疆(DJI)”消费级无人机作为行业领军企业，凭借其良好的平台性能及较低的操控门槛，广受好评，进而促进了消费级无人机的大量生产与市场投入。

目前，由于消费级无人机造价低廉、荷载配置专业、性能多样化、操作飞行安全可靠，加之现代科学技术发展下消费级无人机的技术水平再创新高，使其成功进军行业应用级市场。

1 消费级无人机技术特点

1.1 全自动航线规划

结合实际的生产需要，本次所使用的是DJI精灵Phantom4 Pro的飞行平台与DJI GS Pro的飞行控制系统，相较于传统的服务区改造调查，使用消费级无人机已实现单人或两人的工作模式，极大减少了改造调查的工作时间，提高工作效率。在前期准备工作中，使用DJI GS Pro飞行控制系统设定需拍摄区域的工作范围，软件自动生成相应的飞行航线与航点，用户设定照片的横向与纵向重叠率，一键起飞进行拍摄任务，完成任务后，无人机自动完成降落工作。

1.2 高效成图

在完成外业任务的数据采集后，将数据一键导入至电脑处理终端。因无人机在拍摄照片的同时，会记录拍摄点的坐标与高程信息，内业人员可直接进行内业处理，生成一定比例尺的二维正射影像图。

1.3 性价比高

本次所使用的DJI 精灵Phantom4 Pro飞行器在技术上，有以下优势：多方位安全避障、低电量(完成任务)自动返航、高稳定性悬停、价格较低，很大程度上提高外业作业人员的操作安全性。

2 实验工程概况

2.1 服务区概况

本次工程项目属于高速公路在用的服务区，存在人员数量较大、车流较大等特点，面积约为0.5 km2，该区域覆盖高速公路、两侧服务区、绿化区域等地形与地物，本次改造与调查为该服务区内车流导向线与停车区线的设计与施工，如图1所示。

图1 服务区概况

2.2 数据采集方案设计

本次飞行选用DJI 精灵Phantom4 Pro飞行器，成图比例尺设置为1∶500，设置飞行高度为100 m，航向重叠率为85%，旁向重叠率为75%，数据处理采用Agisoft PhotoScan。在开始飞行任务前，使用大疆的相机校准软件对相机进行专业的校准，保证数据采集的精确性。

根据实际区域的情况，划定相应的飞行区域。因存在地图纠偏的问题，所以在满足区域大小的前提下，向区域外侧多扩展50 m，保证完全覆盖目标物，如图2所示。

图2 无人机航点航线设计

3 内业数据处理

3.1 内业处理流程

本次内业数据处理作业流程与人工测量流程，如图3所示。

图3 流程图

3.2 内业处理结果

使用Agisoft PhotoScan处理软件完成对数据的处理，生成相应的二维正射影像图，因服务区调查与设计标线与导向线的精度要求不高，所以无需对测区进行像控点的布设与测量，最终成图，如图4所示。

图4 服务区左、右幅二维正射影像图

4 成果对比

在完成本次测设任务后，建立航测与人工测量的成果对比数据，如表1、表2和表3所示。

表1 航测与人工测量时间对比

表2 航测与人工测量精度对比

表3 航测与人工测量成本对比

根据对比分析，消费级无人机航测测量能够满足高速公路服务区改造设计中所需要的测图需求，在成本与精度上远远优于人工测量所得到的成果。

5 结 论

本次使用消费级无人机用于高速公路服务区改造设计中的航测，能够获取到高分辨率、符合规范要求的大比例尺的产品，而且具有使用简单、高效率与高性价比等优势。当然，使用消费级无人机也存在一定的不足，如何提高单次飞行任务的时长、降低飞行平台成本、提高平台飞行的操作安全性则是下一阶段无人机制造厂商与行业使用者需要解决的问题。

综上所述，目前为止使用消费级无人机在行业内使用具有良好的应用前景。