《無人機(jī)測繪技術(shù)》項(xiàng)目2任務(wù)1無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃

《無人機(jī)測繪技術(shù)》項(xiàng)目二

無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)采集任務(wù)1

無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃隨著無人機(jī)越來越多的被應(yīng)用到各種行業(yè)當(dāng)中，而任務(wù)規(guī)劃是無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)過程中至關(guān)重要的一步，無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的目的是找出一條最優(yōu)飛行航路，在確保無人機(jī)安全的前提下最大限度的發(fā)揮無人機(jī)的作用。本任務(wù)我們將對無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行學(xué)習(xí)，為后續(xù)無人機(jī)測繪實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。任務(wù)引入正確認(rèn)識自身崗位，熱愛本職工作，時(shí)刻保持恭敬心與敬畏心；嚴(yán)格遵守崗位操作規(guī)程，確保工具、設(shè)備和自身的安全；養(yǎng)成良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和較強(qiáng)的組織溝通能力。思政要點(diǎn)03能夠按照無人機(jī)航線規(guī)劃要點(diǎn)和要求完成無人機(jī)的航測任務(wù)規(guī)劃；技能要點(diǎn)02掌握無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃的原則知識要點(diǎn)；了解無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件的功能特點(diǎn)；掌握無人機(jī)仿地飛行的優(yōu)勢及設(shè)置方法。知識要點(diǎn)01學(xué)習(xí)目標(biāo)無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃的航線規(guī)劃原則；無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃實(shí)施。無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃實(shí)施。重點(diǎn)難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)03無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃實(shí)施02無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件01無人機(jī)航測任務(wù)的航線規(guī)劃原則目錄CONTENTS2無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃Part1無人機(jī)航測任務(wù)的航線規(guī)劃原則飛行參數(shù)設(shè)計(jì)確認(rèn)航攝區(qū)域的地形狀況，根據(jù)相機(jī)參數(shù)、比例尺等，計(jì)算飛行高度和基線長度等內(nèi)容，做好航線布設(shè)工作。航攝分區(qū)123分區(qū)界線一般應(yīng)與圖廓線相一致。分區(qū)內(nèi)的地形高差不應(yīng)大于1/6航攝高。當(dāng)?shù)孛娓卟钔蛔儯匦翁卣鞑顒e顯著或有特殊要求時(shí)，可以劃分航攝分區(qū)。航線敷設(shè)固定翼設(shè)計(jì)飛行高度應(yīng)高于攝區(qū)和航路最高點(diǎn)100m，設(shè)計(jì)總航程應(yīng)小于無人機(jī)能到達(dá)的最遠(yuǎn)航程，避免無人機(jī)撞山或者因燃油耗盡造成飛行事故；根據(jù)相機(jī)鏡頭、地面分辨率、像元尺寸確定航高，高差突變地區(qū)根據(jù)實(shí)際地形和要求確定；航線方向一般根據(jù)風(fēng)向、航攝區(qū)域的地勢走向、區(qū)域形狀等合理規(guī)劃；進(jìn)行水域攝影時(shí)，應(yīng)盡量避免像主點(diǎn)落水，要確保所有島嶼達(dá)到完整覆蓋，并能構(gòu)成立體像對。航線敷設(shè)航高設(shè)計(jì)：根據(jù)成圖比例尺和相機(jī)參數(shù)的設(shè)定，地面站軟件會自動生成航線的飛行高度；相片重疊度設(shè)計(jì)：一般規(guī)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(jù)航攝成果要求、無人機(jī)平臺和任務(wù)設(shè)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(qū)，有些無人機(jī)設(shè)備會提供仿地飛行的功能，在保證航攝成果質(zhì)量的同時(shí)，可以大幅度提高航攝效率。2無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃Part2無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件無人機(jī)地面站功能任務(wù)回放功能根據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中的飛行數(shù)據(jù)，在任務(wù)結(jié)束后，使用回放功能可以詳細(xì)地觀察飛行過程的每一個(gè)細(xì)節(jié)，檢查任務(wù)執(zhí)行效果。航線規(guī)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(diǎn)設(shè)置上，以應(yīng)對多種作業(yè)需求。飛行監(jiān)控功能及無人機(jī)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(shí)根據(jù)飛機(jī)的狀態(tài)，實(shí)時(shí)地發(fā)送控制命令，操縱無人機(jī)飛行。任務(wù)設(shè)備控制功能地面控制站可以設(shè)定控制或?qū)崟r(shí)控制無人機(jī)搭載的任務(wù)設(shè)備，并監(jiān)控其工作狀態(tài)。常見無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件DJIPilot2是深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司為大疆旗下無人機(jī)、云臺相機(jī)等產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一款航線任務(wù)規(guī)劃軟件，該款軟件具有非常強(qiáng)大的畫面監(jiān)控能力和航線規(guī)劃能力，通過使用該款軟件可以有效配合大疆行業(yè)飛行器實(shí)現(xiàn)流暢的實(shí)時(shí)圖傳、飛行器的操控、云臺相機(jī)控制等內(nèi)容。DJIPilot2App多旋翼無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件常見無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件UAVGCS地面站是基于航測用戶中心設(shè)計(jì)的垂直起降固定翼無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件，具有理想的人機(jī)交互界面。專為航測新手設(shè)計(jì)的智能地面站航線規(guī)劃算法，能夠優(yōu)化航線規(guī)劃操作步驟并一鍵生成測繪航線，在保證數(shù)據(jù)采集精度的基礎(chǔ)上減少數(shù)據(jù)采集量，大幅度優(yōu)化了航線里程，給使用人員帶來高效的航測體驗(yàn)。UAVGCS地面站垂直起降固定翼無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃軟件2無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃Part3無人機(jī)航測任務(wù)規(guī)劃實(shí)施無人機(jī)航線規(guī)劃注意要點(diǎn)飛行環(huán)境限制無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，會受到禁飛區(qū)、障礙物、險(xiǎn)惡地形等復(fù)雜地理環(huán)境的限制，在飛行過程中應(yīng)盡量避開相關(guān)區(qū)域。無人機(jī)物理性能無人機(jī)物理性能會對飛行航跡產(chǎn)生影響，無人機(jī)飛行過程中應(yīng)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(dǎo)致墜毀。實(shí)時(shí)性要求由于任務(wù)的不確定性，實(shí)際飛行過程中難以保證獲得的環(huán)境信息不發(fā)生變化，常常需要臨時(shí)改變飛行任務(wù)。航線規(guī)劃要求根據(jù)所需成圖比例確定地面分辨率和航高。重疊度設(shè)置要求航向的重疊度不能低于53%，設(shè)置在60%-80%之間，旁向重疊度不低于15%，設(shè)置在15%-60%之間（航線規(guī)劃重疊率設(shè)置可根據(jù)實(shí)際地理環(huán)境進(jìn)行調(diào)整）。像片的傾角應(yīng)當(dāng)小于5°，最大的傾角不超過12°，傾角大于8°的像片數(shù)量上不能大于總像片數(shù)量的10%。地形條件相對困難的地區(qū)傾角應(yīng)小于8°，最大傾角不超過15°，傾角大于10°的像片數(shù)量不能大于總像片數(shù)量的10%。航攝區(qū)邊界覆蓋中要求保證測區(qū)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(qū)的覆蓋范圍應(yīng)超出測區(qū)一條航線或超過像幅的50%。山區(qū)飛行時(shí)，應(yīng)避免飛行器撞山，地勢起伏區(qū)域，應(yīng)該確保最低點(diǎn)分辨率以及最高點(diǎn)重疊度均滿足精度要求，并規(guī)劃好高差航線。應(yīng)該避免像主點(diǎn)落在特征點(diǎn)較為貧乏的區(qū)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(qū)執(zhí)行航攝任務(wù)時(shí)，要在保證飛行器安全飛行的前提下合理地進(jìn)行航攝分區(qū)。航線規(guī)劃要求垂直起降固定翼無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃設(shè)置航測區(qū)域1設(shè)置航測參數(shù)2自動生成航點(diǎn)3導(dǎo)出任務(wù)4垂直起降固定翼無人機(jī)任務(wù)規(guī)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(qū)域，建議使用“UAV”選項(xiàng)卡中“搜索位置”功能，找到航測區(qū)域位置“清華大學(xué)”。設(shè)置航測區(qū)域垂直起降固定翼無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃②點(diǎn)擊右側(cè)航測選項(xiàng)卡，在地面站地圖顯示區(qū)可見一個(gè)陰影多邊形區(qū)域，長按鼠標(biāo)左鍵拖動該陰影區(qū)域至所需航測位置，單擊多邊形的邊可增加多邊形的頂點(diǎn)，通過拖動多邊形的頂點(diǎn)可調(diào)整航測區(qū)域的范圍及形狀。設(shè)置航測區(qū)域垂直起降固定翼無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃設(shè)置航測參數(shù)建議：默認(rèn)航向重疊率為75%，旁向重疊率為60%，若想達(dá)到較高品質(zhì)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(xiàng)卡中按航測要求設(shè)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(jī)飛行高度越高，飛行時(shí)獲得的圖像中每個(gè)像素所代表的地面距離就越大，單次作業(yè)面積也就越大。垂直起降固定翼無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃航測參數(shù)設(shè)置完成后，可以在航測信息數(shù)據(jù)欄中了解航測作業(yè)相關(guān)信息，點(diǎn)擊生成航點(diǎn)即可自動規(guī)劃生成航測任務(wù)。自動生成航測任務(wù)垂直起降固定翼無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃航測任務(wù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊UAV菜單欄中的“導(dǎo)出任務(wù)”選項(xiàng)，選擇保存路徑后即可保存航測任務(wù)。同理，選擇“加載任務(wù)”即可加載航測任務(wù)直接使用。導(dǎo)出或加載任務(wù)啟動遙控器電源并打開DJIPilot2軟件，點(diǎn)擊DJIPilot2主界面的“航線”選項(xiàng)進(jìn)入航線規(guī)劃。步驟一：開啟遙控器以DJIPilot2軟件為例，對多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃方法步驟進(jìn)行說明多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃①進(jìn)入航線界面后會顯示“創(chuàng)建航線”和“航線導(dǎo)入（KMZ/KML)”兩個(gè)選項(xiàng)，點(diǎn)擊“創(chuàng)建航線”進(jìn)入創(chuàng)建航線界面，航線后續(xù)也將保存在此界面。步驟二：創(chuàng)建航線多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃適用于規(guī)劃一條航線，讓飛機(jī)沿著該航線進(jìn)行拍照或錄像。航點(diǎn)飛行適用于對一片區(qū)域進(jìn)行下視影像采集，再進(jìn)行二維重建。建圖航拍適用于多相機(jī)多角度對一片區(qū)域進(jìn)行影像采集，再進(jìn)行三維重建。傾斜攝影適用于對河道、鐵路等帶狀區(qū)域進(jìn)行下視影像采集，獲取影像數(shù)據(jù)。航帶飛行②根據(jù)任務(wù)需求及任務(wù)環(huán)境選擇所需創(chuàng)建的航線類型。這里以傾斜攝影素材采集為例進(jìn)行航線規(guī)劃，點(diǎn)擊“傾斜攝影”進(jìn)入傾斜攝影航線規(guī)劃界面。步驟二：創(chuàng)建航線多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃③進(jìn)入傾斜攝影后，在任務(wù)區(qū)域中點(diǎn)擊“點(diǎn)擊生成測繪區(qū)域”即可生成航線任務(wù)區(qū)域。步驟二：創(chuàng)建航線多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃④調(diào)整任務(wù)區(qū)域大小，合理設(shè)置任務(wù)區(qū)域范圍，將所需要采集數(shù)據(jù)的區(qū)域全部調(diào)整在藍(lán)色范圍內(nèi)，并進(jìn)行航線名稱設(shè)置。步驟二：創(chuàng)建航線多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃⑤點(diǎn)擊“選擇相機(jī)”選項(xiàng)選擇數(shù)據(jù)采集相機(jī)，這里以DJIMavic3E行業(yè)版為例，點(diǎn)擊“DJIMavic行業(yè)版”，選擇“廣角相機(jī)”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(chuàng)建航線多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃①云臺俯仰角度（傾斜）設(shè)置可根據(jù)任務(wù)需求調(diào)整云臺俯仰角度，云臺俯仰角度可調(diào)整范圍為-85°到-40°，當(dāng)測區(qū)內(nèi)建筑高差較大時(shí)建議增加傾斜角度以拍攝出更多建筑物上層的影像，當(dāng)測區(qū)內(nèi)建建筑密集時(shí)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(shè)置航線參數(shù)多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃②航線高度設(shè)置現(xiàn)以“相對起飛點(diǎn)高度”高度模式為例進(jìn)行高度模式設(shè)置?！跋鄬ζ痫w點(diǎn)高度”需進(jìn)行航線高度、被拍攝面相對于起飛點(diǎn)高度、安全起飛高度等參數(shù)設(shè)置。根據(jù)任務(wù)區(qū)域及任務(wù)區(qū)域周圍建筑物高度，航線高度必須高于周邊建筑。步驟三：設(shè)置航線參數(shù)多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃③航線速度設(shè)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(shù)設(shè)置。步驟三：設(shè)置航線參數(shù)起飛速度指的是飛行器起飛進(jìn)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(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃④完成動作設(shè)置“完成動作”選項(xiàng)是用來進(jìn)行設(shè)置飛行器完成航線任務(wù)后的下一步操作。步驟三：設(shè)置航線參數(shù)在完成任務(wù)后飛行器將會懸停在最后一個(gè)航點(diǎn)，等待遙控器發(fā)布下一個(gè)指令。退出航線模式完成航線任務(wù)后，飛行器將會直接飛回降落點(diǎn)。自動返航完成航線任務(wù)后，飛行器將會在最后的任務(wù)的截止點(diǎn)進(jìn)行原地降落。原地降落飛行器在完成任務(wù)后將會飛回航線的起始點(diǎn)進(jìn)行懸停，等待遙控器的下一步指令。返回航線起始點(diǎn)懸停多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃①進(jìn)入航線高級設(shè)置點(diǎn)擊“高級設(shè)置”即可進(jìn)入航線高級設(shè)置界面，可以進(jìn)行旁向重疊率、航向重疊率、邊距、拍照模式等設(shè)置操作。步驟四：航線參數(shù)高級設(shè)置多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃②重疊率設(shè)置DJIPilot2App重疊率設(shè)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(shè)置。步驟四：航線參數(shù)高級設(shè)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(xù)拍攝的倆張照片中所拍攝物的重疊率。建議：默認(rèn)航向重疊率為75%，旁向重疊率為60%，若想達(dá)到較高品質(zhì)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(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃③邊距設(shè)置邊距指的是航線超出測區(qū)拍照的范圍，此設(shè)置是為了保證測區(qū)最外一層的素材采集成果。步驟四：航線參數(shù)高級設(shè)置多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃④拍照模式設(shè)置拍照模式分為等時(shí)間隔拍照和等距間隔拍照，可根據(jù)任務(wù)需求選擇拍照模式。步驟四：航線參數(shù)高級設(shè)置等時(shí)間隔拍照指的是無人機(jī)按照固定的時(shí)間進(jìn)行拍照。等時(shí)間隔拍照等距間隔拍照指的是無人機(jī)按照一定的飛行距離進(jìn)行拍照。等距間隔拍照多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃⑤儲存航線當(dāng)完成航線規(guī)劃后點(diǎn)擊儲存按鈕進(jìn)行航線儲存，可在航線界面查看儲存航線。步驟四：航線參數(shù)高級設(shè)置多旋翼無人機(jī)地面站任務(wù)規(guī)劃注意：為減少運(yùn)動模糊，快門速度建議快于1/500s。⑥相機(jī)設(shè)置點(diǎn)擊相機(jī)FPV界面，進(jìn)行相機(jī)設(shè)置。推薦相機(jī)模式為M檔，ISO設(shè)置為Auto，并根據(jù)需要設(shè)置快門與光圈。步驟四：航線參數(shù)高級設(shè)置仿地飛行在山區(qū)等高程差較大的區(qū)域采集數(shù)據(jù)時(shí)，使用仿地飛行可使飛行器跟隨地形變化調(diào)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(qū)域采集照片的GSD保持一致，提升測繪數(shù)據(jù)的精確性，同時(shí)確保飛行安全。仿地飛行實(shí)時(shí)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(tǒng)實(shí)時(shí)探測前方200m的地形起伏，實(shí)現(xiàn)仿地飛行。建議在環(huán)境和光線滿足視覺系統(tǒng)工作條件且地形坡度小于75°的區(qū)域使用該功能。開啟實(shí)時(shí)仿地功能并執(zhí)行航線任務(wù)時(shí)，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(yùn)動的速度矢量方向。c.飛行軌跡線：顯示飛行器已經(jīng)飛過的飛行軌跡線。d.地形走勢線：顯示飛行器當(dāng)前所處區(qū)域內(nèi)的地形走勢。e.限高：顯示飛行器的限飛高度。實(shí)時(shí)仿地功能仿地飛行