【技術(shù)】仿地飛行最全使用流程及應(yīng)用，航測人必看！

Q

什么是仿地飛行？

A

仿地飛行，是指無人機(jī)在作業(yè)過程中，通過設(shè)定與已知三維地形的固定高度，使得飛機(jī)與目標(biāo)地物保持恒定高差。借助仿地飛行功能，無人機(jī)能夠適應(yīng)不同的地形，根據(jù)測區(qū)地形自動生成變高航線，保持地面分辨率一致從而獲取更好的數(shù)據(jù)效果。

Q

為什么需要仿地飛行？

A

當(dāng)測區(qū)地形落差較大時，經(jīng)常會出現(xiàn)部分海拔較高的區(qū)域空三無法通過的問題。

目前一般的無人機(jī)飛行都是采用定高飛行，這就導(dǎo)致了一些地形起伏較大測區(qū)由于無人機(jī)相對實際地面的高度不同，造成地面分辨率相差較大，高處與低處的重疊度不夠，出現(xiàn)山頂漏洞、建筑物拉花、精度不夠等情況。

若選擇分層航拍，即為了保證測區(qū)范圍內(nèi)重疊率在不同的高度規(guī)劃兩次航線。這種方法在山區(qū)十分麻煩，需要花費大量的時間爬山，而且不一定可以找到合適的起飛點，同時由于落差依然存在，有時會因為對重疊率的計算不熟悉，導(dǎo)致部分區(qū)域的重疊率還是不滿足空三要求。

因此，可以精準(zhǔn)根據(jù)地形變化調(diào)整飛行高度的仿地飛行就是十分有必要的，仿地飛行的優(yōu)點如下：1、可以保持地面分辨率一致；2、高落差地區(qū)空三一次性通過率很高；3節(jié)省人力和時間。

仿地飛行作業(yè)方式

01

方式一：基于已有DEM數(shù)據(jù)規(guī)劃航線

● 按常規(guī)方式進(jìn)行規(guī)劃航線，設(shè)置“相對高度”和“起飛點海拔”，選擇“變高航線”。

（注意：相對高度最低不能低于120m，生成指令會根據(jù)基準(zhǔn)面海拔規(guī)則進(jìn)行計算）

02

方式二：預(yù)掃飛行并生成DSM文件獲取高程數(shù)據(jù)

● 預(yù)掃飛行按照正射航線規(guī)劃進(jìn)行飛行。推薦航高：測區(qū)最高點海拔+150m。

（注意：預(yù)掃飛行的效率與分辨率相關(guān)，分辨率越大效率越高，但分辨率增大會影響DSM的精度，建議分辨率控制在5~10cm)

● 采用Pix4Dmapper軟件按1米的分辨率生產(chǎn)DSM文件用作仿地飛行底圖。

（注意：采用預(yù)掃數(shù)據(jù)DSM作為地圖時，建議相對高度最低不能低于70m，以測區(qū)實際情況為準(zhǔn)）

對于高程變化不頻繁或者高程較為準(zhǔn)確的區(qū)域，可以用軟件自帶的高程進(jìn)行仿地飛行。對于高程誤差較大或者頻繁變化的區(qū)域（如：垃圾山、礦山），采用預(yù)飛一次得到DSM數(shù)據(jù)，再進(jìn)行仿地飛行。

作業(yè)流程

01

方式一：使用GoogleEarth中的地形信息和軟件錄入的高程數(shù)據(jù)規(guī)劃航線

iFly航測助手軟件聯(lián)網(wǎng)打開后會自動加載高程數(shù)據(jù)，高程精度為30m。導(dǎo)入速度加載1平方公里需要5~10s，導(dǎo)入成功可再規(guī)劃，右下角可查看。

▲ 自動加載高程數(shù)據(jù)

設(shè)置“相對高度”和“基準(zhǔn)面海拔”，選擇“變高航線”。（注意：相對高度最低不能低于120m。生成指令會根據(jù)基準(zhǔn)面海拔規(guī)則進(jìn)行計算）

▲ 航線規(guī)劃

航測助手生成的變高點可在GoogleEarth中瀏覽，若無異常情況，則進(jìn)行仿地變高飛行，完成測區(qū)數(shù)據(jù)采集。

▲ 生成變高點

02

方式二：預(yù)掃飛行并生成DSM文件獲取高程數(shù)據(jù)

• 預(yù)掃飛行按照正射航線規(guī)劃進(jìn)行飛行。推薦航高：測區(qū)最高點海拔+150m。（注意：預(yù)掃飛行的效率與分辨率相關(guān)，分辨率越低效率越高，但分辨率降低會影響DSM的精度，建議地面分辨率控制在5cm以內(nèi))

• 采用Pix4Dmapper軟件按1米的分辨率生產(chǎn)DSM文件用作仿地飛行底圖。

▲ 過程圖

▲ 導(dǎo)入DSM成果文件

▲ 生成變高航線圖

▲ 航線預(yù)覽正常即可保存航線并在監(jiān)控界面進(jìn)行航線飛行

案例參觀

01

案例一

測區(qū)位于安徽黃山，共0.4平方公里，地形起伏較大，采用仿地飛行模式，使用已有高程數(shù)據(jù)規(guī)劃航線。

● 飛行數(shù)據(jù)情況 ●

備注：該測區(qū)一共飛行2個架次，2個架次在同一地點起降

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▲ 空三情況

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▲ 模型效果

● 精度驗證 ●

此次航飛外業(yè)預(yù)留5個檢查點驗證精度

02

案例二

測區(qū)位于湖南某縣，共0.4平方公里，地形起伏較大，采用預(yù)掃飛行并生成DSM文件獲取高程數(shù)據(jù)進(jìn)行仿地飛行。

● 飛行數(shù)據(jù)情況 ●

▲ DSM成果

▲ 空三情況

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▲ 模型效果

● 精度驗證 ●

此次航飛外業(yè)預(yù)留5個檢查點驗證精度

03

案例三：選擇Phantom 4 RTK進(jìn)行本次飛行任務(wù)

（1）前期準(zhǔn)備：

第一步：外出作業(yè)前，先確認(rèn)精靈4RTK無人機(jī)的設(shè)備齊全，按照表單依次核對，基礎(chǔ)設(shè)備如下：

設(shè)備

數(shù)量

飛機(jī)

1個

槳葉

4對

2對備用

Micro SD卡

1個

64g+

遙控器

1個

1拖3精靈4快充充電器

1個

飛機(jī)自帶充電器

1套

飛機(jī)電池

若干

遙控器電池

2塊

數(shù)據(jù)線

2根

備用

第二步：獲取測區(qū)的DSM（數(shù)字地表模型）或DEM（數(shù)字高程模型），有兩種方式：

1.利用無人機(jī)的普通2D航測功能對測區(qū)進(jìn)行航拍，通過專業(yè)處理軟件M3D對航拍數(shù)據(jù)處理快速生成tif格式的DSM，導(dǎo)入大疆GSRAPP軟件中執(zhí)行仿地飛行。此種方法獲取的DSM精度更高，后面的仿地飛行效果會更好。缺點是消耗電池，一個地塊飛兩遍增加工作時間。

2.在LocalSpace Viewr軟件中下載已有的DEM數(shù)據(jù)，目前該軟件提供的ALOSDEM數(shù)據(jù)最大分辨率為12.5m，導(dǎo)入大疆GSRAPP軟件中，執(zhí)行仿地飛行。此種方法較為簡便，在飛行的前一天就可以提前準(zhǔn)備好，然后進(jìn)行航線規(guī)劃，為第二天飛行省下了大量工作。缺點是獲取的DEM與DSM相比，沒有地上物（樹、電線、電力塔等）的高程信息，飛行過程中飛機(jī)識別不了高壓線、樹、電力塔等情況（開啟避障模式，遇到障礙物會自動懸停），所以需根據(jù)實地地形作出判斷再設(shè)置合適的飛行參數(shù)。

（2）航線規(guī)劃：

第一步：上述我們采用的是第二種方法獲取測區(qū)的DEM，獲取的DEM數(shù)據(jù)文件夾（注意是文件夾）導(dǎo)入到遙控器的DJI文件夾中。然后在遙控器上進(jìn)行航線規(guī)劃，航線規(guī)劃時需根據(jù)測區(qū)矢量數(shù)據(jù)手動繪制范圍（軟件在仿地飛行時不能直接導(dǎo)入KML文件生成測區(qū)，也是Phantom 4 RTK美中不足之處）。

注意：遙控器內(nèi)置底圖為高德地圖和Mapbox，很多軟件中的高德影像圖都有一定的偏移。如在遙控器下核對影像底圖不便，在準(zhǔn)備階段可通過PC端WolfMap軟件進(jìn)一步檢查，該軟件中的在線高德影像為無偏數(shù)據(jù)，將矢量范圍數(shù)據(jù)導(dǎo)入WolfMap，便于我們在遙控器中規(guī)劃航線。

第二步：按照地塊小班的范圍，在遙控器上手繪航飛范圍（確保影像的完整性，應(yīng)盡量外擴(kuò)原圖斑范圍20m左右，也可以選擇自動外擴(kuò)）。

第三步：航飛范圍確定好后，隨即進(jìn)行飛機(jī)和相機(jī)參數(shù)設(shè)置。（陰天室外光線不充足情況下，進(jìn)光量不夠，通過開大光圈、降低快門速度或者提高ISO等方式調(diào)整照片亮度直至合適）

（3）外業(yè)航飛：

我們選擇一處較典型的地塊，地塊面積約180畝，可以看出，現(xiàn)狀雜草灌木居多，地形復(fù)雜，人力難以行走，靠人工測量方式工作量巨大 。

作業(yè)當(dāng)天上午10時左右，天氣多云，風(fēng)力3級，天氣條件良好，作業(yè)人員2名。先校準(zhǔn)指南針，連接熱點，保證RTK的正常運行，之后在APP中依次確認(rèn)設(shè)置如下：

• 遙控器操作手類別

• 航飛高度，返航高度

• 避障雷達(dá)開啟

• 作業(yè)完成后和失聯(lián)后的執(zhí)行動作

待RTK連接成功后，將飛機(jī)置于空曠平坦的地面上，確認(rèn)周邊環(huán)境和頂部環(huán)境安全后調(diào)用規(guī)劃好的任務(wù)，開始執(zhí)行航飛任務(wù)，接下來就是飛機(jī)自動起飛和返航的過程了，包括電池電量會根據(jù)飛機(jī)當(dāng)前距起飛點的距離、當(dāng)前風(fēng)向、風(fēng)速、返航高度自動預(yù)留返航電量。

飛行過程中，有以下幾個小建議：

1)起飛點離測區(qū)的起飛點越近越好，有利于節(jié)約電量，能多飛一些，積少成多，但是也要根據(jù)交通情況合理選擇；

2)飛機(jī)起飛后，可大致計算降落點，到降落點附近更新返航點，之后等飛機(jī)降落。飛機(jī)會自動根據(jù)返航高度、風(fēng)力、風(fēng)向、飛機(jī)據(jù)返航點距離自動實時計算何時返航，所以返航點選擇越合理，飛機(jī)實際飛行時間會越長；

3)飛機(jī)設(shè)置報警的低電量值和飛機(jī)返航電量沒關(guān)系，飛機(jī)返航電量不可設(shè)置。希望大疆可以對這里做一些優(yōu)化，可參考GS Pro的返航策略來做優(yōu)化。采用這種一刀切自動返航的方式，其實也不太合適，畢竟面向的基本上都是行業(yè)用戶，并且飛機(jī)有飛行記錄日志，墜機(jī)原因也容易分析出來；

4)飛機(jī)遙控器宣稱是7公里，可能在大草原上能實現(xiàn)，在普通的沒有高樓的郊區(qū)，距離2公里的時候，信號就已經(jīng)衰減的比較厲害。不過畢竟2公里也已經(jīng)挺遠(yuǎn)了。在山區(qū)有山區(qū)略微遮擋的情況下，距離1公里的情況下，也會接近完全失聯(lián)，在默認(rèn)設(shè)置下飛行還是會繼續(xù)進(jìn)行的，不過總歸是有些擔(dān)心。在某寶上面，也有相應(yīng)的信號增強(qiáng)器，可以做一些嘗試；

5)一定要開啟避障，一定要開啟避障，一定要開啟避障。不過開啟避障功能時會造成在某些角度正對太陽飛行的時候，頻繁提示前方障礙物，調(diào)整云臺，確認(rèn)沒有問題，繼續(xù)航飛即可；

精靈4RTK的一些良好操作習(xí)慣：

• 開機(jī)時先開遙控器電源、再開飛機(jī)電源；關(guān)機(jī)時則先關(guān)飛機(jī)電源，再關(guān)遙控器電源。避免飛機(jī)失控，遙控器處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；

• 飛機(jī)檢校時，原則上遙控器和飛機(jī)不要靠太近，遙控器可放置在地面，水平旋轉(zhuǎn)校正通過后，狀態(tài)指示燈會發(fā)生變化，垂直校正通過后，狀態(tài)指示燈會恢復(fù)正常，垂直校準(zhǔn)時，飛機(jī)機(jī)頭方向朝下；

• 不要在飛機(jī)開機(jī)的情況下，插拔SD卡。否則輕則不識別SD卡，造成飛行后無照片的情況，重則SD卡燒毀，飛機(jī)插卡器部分燒毀。

飛行完成后，關(guān)閉設(shè)備，取出內(nèi)存卡，配合讀卡器拷貝出航飛的像片數(shù)據(jù)，規(guī)范整理后提交至內(nèi)業(yè)組進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。

（4）內(nèi)業(yè)處理：

內(nèi)業(yè)小組利用M3D軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成測區(qū)的DOM、實景模型，并基于實景模型人工構(gòu)繪地形特征線，暫不在此展開闡述。

風(fēng)險提示

由于仿地飛行功能會保持飛機(jī)的飛行高度與地面一致，在一些測區(qū)，兩個山頂會有高壓電塔，電塔之間的高壓線有可能會高于航線高度或在航線執(zhí)行的高度范圍內(nèi)，引起安全問題，在規(guī)劃仿地航線時，一定要注意高壓線帶來的風(fēng)險問題。此外，同一個架次的仿地航線，不建議翻越山頂，建議保持在遙控器與無人機(jī)直線無障礙的范圍內(nèi)飛行，避免失聯(lián)導(dǎo)致RTK信號不好或返航高度設(shè)置不合理引發(fā)的飛行安全問題。

來源：達(dá)北云