Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术

路 佳，杨立树，姚益峰

（湖州创新国土测绘规划设计有限公司，浙江 湖州 313000）

无人机倾斜摄影测量技术包含了计算机视觉、摄影测量、无人机飞行等多项科学，并且由于该项技术具有精度高、已操作、效率高等优点，已经成为国内外普遍关注的焦点。该技术主要是利用Phantom 4 Pro无人机搭载多种传感器和摄影装置，实现对地物的测量，通过对测量数据的处理建立起真实的三维景观模型。虽然该技术能够高效快速的获取到三维影像数据，并且具有测量成本低等多个优点，但是还是存在一些弊端，其中最明显的问题就是Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术容易受到外界因素影响，存在较大的测量误差，为此提出Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术研究。

1 Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量概论

大疆无人机是一种飞行器，在该机身上安装自动驾驶仪、GPS装置、高分辨率摄影装置以及无线传感装置，从而形成了一个完整的Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量系统。它主要以高分辨率摄影装置作为遥感影像采集设备，并采用无线传感装置接收和读取到高分辨率摄影装置采集到的影响数据，通过影像预处理快速形成三维模型[1]。Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量具备智能化、信息化、数字化获取国土、环境、资源等空间信息功能，同时还兼具数据处理和数据建模的新型测绘技术。Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术与传统的航天摄影技术相比具快速灵活、时效性强、成本低、风险小等优点，同时Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术还具有许多不足之处，比如Phantom 4 Pro无人机影像姿态不稳定、数据重叠度较高，Phantom 4 Pro无人机影像篇幅较小、数据量较多，并且在测量过程中容易受到技术参数、外界干扰因素的影响，导致测量结果存在较大误差，所以Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术还不够成熟，需要对其进行优化和改良。

2 Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术设计

2.1 Phantom 4 Pro无人机航线设计

根据Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量需求以及低空数字航空倾斜摄影规范的相关规定，首先需要对Phantom 4 Pro无人机航线进行设计，对其相关飞行参数进行设置，以保证Phantom 4 Pro无人机能够按照预先设定的飞行轨迹飞行，其航线设计如下。

首先要对Phantom 4 Pro无人机航高进行计算，其计算公式如下：

公式（1）中，H为Phantom 4 Pro无人机航高；f为物镜镜头焦距；GSD为航摄影像地面分辨率；a为像元尺寸。其中GSD具体数值的确定需要参考测图比例尺，当测图比例尺为1：500时航摄影像地面分辨率为5cm，当测图比例尺为1：1000时航摄影像地面分辨率为8cm～10cm，当测图比例尺为1：2000时航摄影像地面分辨率为15cm～20cm[2]。设置完Phantom 4 Pro无人机后需要对像片重叠度进行设置，像片重叠度的设置可以有效减少重叠影像数据，通常情况下Phantom 4 Pro无人机像片重叠度在60%～80%范围内。最后还需要根据测量区域的大小确定无人机航线长度和方向，其计算公式如下所示。

公式（2）、（3）中，B为无人机实地摄影长度；D为实地航线间隔距离；L和E分别为无人机像幅长和宽；P和Q分别为无人机航向和旁向重叠度[3]。按照上述对Phantom 4 Pro无人机飞行参数进行设置，实现对Phantom 4 Pro无人机航线设计。

2.2 Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量

此次选取轻型八翼Phantom 4 Pro无人机作为飞行器，将其飞行时间设定为60min，将其安全飞行风力设定为5级，将其无线传输记录设定为1500m，将其电机对角轴距设定为1550mm，将其垂直起降速度设定为6.5m/s。然后根据倾斜摄影测量需求选择多视角航空摄影仪作为摄影装置，该摄影仪由6个不同视角的航空摄影探头组成，同步触发精度为0.1ms，在测量前需要对该摄影仪相关参数进行设定，具体如下表所示。

表1 多视角航空摄影仪参数表

做好地面准备的工作后，选择一个晴朗的天气，利用无人机搭载摄像装置对待测区域进行测量，首先需要选择好无人机起飞地点，并且对Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量系统地面联机测试，然后根据测量任务按照上述对无人机和摄影装置参数进行设置，并且将地面控制系统中数据导入到飞行器中，待无人机进入航摄区域后，利用计算机向无人机和摄影装置发送数据和控制命令，令无人机在预先设定的航线进行飞行，并利用无线传感装置读取到摄影装置拍摄的影像数据，将其保存起来。最后对数据进行检查并且将其中无用数据过滤掉，将数据传输到三维模型中对测量区域三维影像进行建模。

3 实验论证分析

实验以某区域作为研究对象，该区域面积为8612.26m²，含有的测量主体包括树木、水田、民用建筑、水库等，实验利用此次设计技术与传统技术对该区域进行Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量，实验将传统技术设定为对照组，将此次设计技术为实验组，设计对比实验。实验共采集了2452张影像数据，其中1552张影像数据为斜射影像，剩余900张影像数据为垂直影像，共布设了10条航带，共布置了500个测点，飞行高度为1500m，实验利用电子表格记录两种技术测量结果，利用GHJ软件计算出测量结果的测量误差，实验将其作为实验结果，实验从实验结果中随机抽取10个测点测量误差作为实验数据，对两种技术进行对比分析，实验结果如下表所示。

表2 两种技术测量误差对比（m）

从上表可以看出，设计技术测量误差小于最大误差限值，并且误差值比较小，其中最小测量误差可以达到0.0011m，最大测量误差仅为0.0014m。而传统技术测量误差较大，最大测量误差可以达到0.9564m，最小测量误差还为0.6541m，远远超过最大误差限值和设计设计，因此实验证明了设计技术具有较高的测量精度。

4 结束语

本文在传统技术的基础上，针对传统技术存在的问题，对其在航线设计、影像处理等方面进行了改良和优化，设计了一个新的Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术，在一定程度上降低了Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量误差，解决了Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术容易受到外界因素影响的问题。此次研究对提高Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术精度，促进Phantom 4 Pro无人机倾斜摄影测量技术广泛应用具有良好的现实意义，但是在研究内容方面仍存在一些不足之处，今后仍会在该方面进行深入研究。