无人机航测技术在林业勘察中的应用--中科北纬

本文源自中科北纬

 

 

随着科技的发展及各种先进技术的不断涌进，测绘行业中，传统的数字化测图已呈现出诸多弊端，而无人机航空摄影测量发展越来越成熟，技术要求也逐渐提高，最近几年在林业勘察中得到广泛应用。

前不久我们接触了某区县的一个山区造林项目，其工作内容是对于造林地块进行边界确定、地形测量及地上物（高压电线、水源情况）调查。正赶八月，烈日当空，工作任务艰巨。此类山区勘察工作我们接触不多，便一如既往的选择传统人工勘察方式，即测量人员携RTK进行实地地形测绘，而后浮现出一系列问题：

• GPS信号遮挡严重，存在较多不可到达地块，工作进度缓慢，而且外业采集的数据不理想，对地块还原度较低
• 提交给设计方和客户单位的数据为传统的CAD格式的地形数据，数据不够直观，不能很好呈现关联地物
• 地势险峻，测量人员安全无法得以保障

经协商，拟采用无人机航空摄影测量的手段，通过内业分别获取该区域的正射影像图（DOM）、地形特征线、三维实景模型。本篇以该项目为实例，外业为主，具体讲一下无人机航摄的流程。无人机的选择此次我们选用的是Phantom 4 RTK无人机。为什么选用Phantom 4 RTK？ Phantom 4 RTK是为高精度建图与精准飞行设计的行业级无人机。相对于Phantom系列其他产品，主要增加了高精度RTK定位导航系统，相机微秒级同步，app航线规划等功能，能够获取高精度POS数据，在山区无控的情况下，也能满足大比例尺（1：500）地形图测绘要求。此次我们选择的飞行方式是仿地飞行。什么是仿地飞行？ 无人机仿地飞行是指无人机依据航拍测区的地面起伏而始终保持在恒定的相对高度上飞行，在航测作业中，通过设置与已有三维地形数据的固定高度，使飞机与地面目标的高度保持不变。仿地飞行有哪些优势？1.能精准根据地形高低起伏自主调整飞行高度，减少设置分层航线；2.保障影像地面分辨率的一致性，增加一次性通过空三加密工作的可靠性；3.各成果精度比普通2D航摄有明显提高。无人机航飞内外业流程   前期准备：第一步：外出作业前，先确认精灵4RTK无人机的设备齐全，按照表单依次核对，基础设备如下：

设备	数量	备注
飞机	1个
桨叶	4对	2对备用
Micro SD卡	1个	64g+
遥控器	1个
1拖3精灵4快充充电器	1个
飞机自带充电器	1套
飞机电池	若干
遥控器电池	2块
数据线	2根	备用

第二步：获取测区的DSM（数字地表模型）或DEM（数字高程模型），有两种方式：
1.利用无人机的普通2D航测功能对测区进行航拍，通过专业处理软件M3D对航拍数据处理快速生成tif格式的DSM，导入大疆GSRAPP软件中执行仿地飞行。此种方法获取的DSM精度更高，后面的仿地飞行效果会更好。缺点是消耗电池，一个地块飞两遍增加工作时间。
2.在LocalSpace Viewr软件中下载已有的DEM数据，目前该软件提供的ALOSDEM数据最大分辨率为12.5m，导入大疆GSRAPP软件中，执行仿地飞行。此种方法较为简便，在飞行的前一天就可以提前准备好，然后进行航线规划，为第二天飞行省下了大量工作。缺点是获取的DEM与DSM相比，没有地上物（树、电线、电力塔等）的高程信息，飞行过程中飞机识别不了高压线、树、电力塔等情况（开启避障模式，遇到障碍物会自动悬停），所以需根据实地地形作出判断再设置合适的飞行参数。
航线规划：第一步：上述我们采用的是第二种方法获取测区的DEM，获取的DEM数据文件夹（注意是文件夹）导入到遥控器的DJI文件夹中。然后在遥控器上进行航线规划，航线规划时需根据测区矢量数据手动绘制范围（软件在仿地飞行时不能直接导入KML文件生成测区，也是Phantom 4 RTK美中不足之处）。注意：遥控器内置底图为高德地图和Mapbox，很多软件中的高德影像图都有一定的偏移。如在遥控器下核对影像底图不便，在准备阶段可通过PC端WolfMap软件进一步检查，该软件中的在线高德影像为无偏数据，将矢量范围数据导入WolfMap，便于我们在遥控器中规划航线。第二步：按照地块小班的范围，在遥控器上手绘航飞范围（确保影像的完整性，应尽量外扩原图斑范围20m左右，也可以选择自动外扩）。第三步：航飞范围确定好后，随即进行飞机和相机参数设置。

 

（阴天室外光线不充足情况下，进光量不够，通过开大光圈、降低快门速度或者提高ISO等方式调整照片亮度直至合适）外业航飞：我们选择一处较典型的地块，地块面积约180亩，可以看出，现状杂草灌木居多，地形复杂，人力难以行走，靠人工测量方式工作量巨大 。 作业当天上午10时左右，天气多云，风力3级，天气条件良好，作业人员2名。先校准指南针，连接热点，保证RTK的正常运行，之后在APP中依次确认设置如下：

• 遥控器操作手类别
• 航飞高度，返航高度
• 避障雷达开启
• 作业完成后和失联后的执行动作

待RTK连接成功后，将飞机置于空旷平坦的地面上，确认周边环境和顶部环境安全后调用规划好的任务，开始执行航飞任务，接下来就是飞机自动起飞和返航的过程了，包括电池电量会根据飞机当前距起飞点的距离、当前风向、风速、返航高度自动预留返航电量。飞行过程中，有以下几个小建议：1) 起飞点离测区的起飞点越近越好，有利于节约电量，能多飞一些，积少成多，但是也要根据交通情况合理选择；2) 飞机起飞后，可大致计算降落点，到降落点附近更新返航点，之后等飞机降落。飞机会自动根据返航高度、风力、风向、飞机据返航点距离自动实时计算何时返航，所以返航点选择越合理，飞机实际飞行时间会越长； 3) 飞机设置报警的低电量值和飞机返航电量没关系，飞机返航电量不可设置。希望大疆可以对这里做一些优化，可参考GS Pro的返航策略来做优化。采用这种一刀切自动返航的方式，其实也不太合适，毕竟面向的基本上都是行业用户，并且飞机有飞行记录日志，坠机原因也容易分析出来；4) 飞机遥控器宣称是7公里，可能在大草原上能实现，在普通的没有高楼的郊区，距离2公里的时候，信号就已经衰减的比较厉害。不过毕竟2公里也已经挺远了。在山区有山区略微遮挡的情况下，距离1公里的情况下，也会接近完全失联，在默认设置下飞行还是会继续进行的，不过总归是有些担心。在某宝上面，也有相应的信号增强器，可以做一些尝试；5) 一定要开启避障，一定要开启避障，一定要开启避障。不过开启避障功能时会造成在某些角度正对太阳飞行的时候，频繁提示前方障碍物，调整云台，确认没有问题，继续航飞即可；精灵4RTK的一些良好操作习惯：

1. 开机时先开遥控器电源、再开飞机电源；关机时则先关飞机电源，再关遥控器电源。避免飞机失控，遥控器处于关机状态；
2. 飞机检校时，原则上遥控器和飞机不要靠太近，遥控器可放置在地面，水平旋转校正通过后，状态指示灯会发生变化，垂直校正通过后，状态指示灯会恢复正常，垂直校准时，飞机机头方向朝下；
3. 不要在飞机开机的情况下，插拔SD卡。否则轻则不识别SD卡，造成飞行后无照片的情况，重则SD卡烧毁，飞机插卡器部分烧毁。

 

飞行完成后，关闭设备，取出内存卡，配合读卡器拷贝出航飞的像片数据，规范整理后提交至内业组进行内业处理。内业处理：内业小组利用M3D软件对数据进行处理，生成测区的DOM、实景模型，并基于实景模型人工构绘地形特征线，暂不在此展开阐述。结语

精灵4RTK在国内一机难求，已经被抢购一年有余，从侧面也能够看出高精度测绘无人机已经深入到各弱测绘行业，作为传统测绘人员出身的小编也真真切切感受到了无人机摄影测量正在为各个行业的发展作出一次次技术性突破，希望本文能够给刚入手精灵4RTK飞机的从业人员提供一些帮助，也能为林业勘察人员带来更多的方案实施思路。后期小编也将会花更多时间来研究无人机以及激光雷达在林业方面的应用，并为大家带来分享。

 

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参考资料：

精灵4RTK仿地飞行最全使用流程，以及几种飞行方式的介绍

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