高精度免相控傾斜攝影系統解決方案

一、系統簡介

F300是飛馬著力推出的第三代全自動任務模式的工業級智能航測無人機系統,主打“高精度測圖”。F300配備50Hz高精度GNSS板卡,支持PPK、RTK以及PPK和RTK融合作業模式,標配全畫幅相機正射模塊,配合無人機管家專業版,可在無控制點情況下實現1:500的測圖精度;F300任務載荷采用模塊化設計,可為客戶提供多源化的數據獲取方案,具備三維建模等數據獲取能力。

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二、系統參數

材質:EPO+碳纖復合材料

翼展:1.8m   

機長:1.07m

標準起飛重量:3.75kg(航測系統)

最大起飛重量:3.85kg(傾斜系統)

巡航速度:60km/h

最大續航時間:1.5h

最大可手拋起飛海拔高度:4500m

升限:6000m(海拔高度)

飛行真高:150—1500m

測控半徑:10km

起降方式:手拋起飛/自動滑降、傘降

載荷:多載荷可互換(航測模塊/傾斜模塊/可見光視頻模塊/熱紅外視頻模塊/熱紅外照相模塊/P40傾斜模塊)


三、系統特點

※ 高精度測圖

配備50Hz高精度GNSS板卡,支持PPK、RTK及其融合作業模式, 可實現1:500無控測圖。

※ 模塊化的任務載荷設計、多源化的數據獲取方案

支持全畫幅正射載荷/傾斜攝影載荷/視頻載荷等模塊化設計的多任務載荷,并配備專業數據處理軟件,形成了多元化的數據獲取解決方案。

※ 性能強勁、安全可靠的無人機平臺

續航1.5小時,單架次航程最高可達80km,GSD 4cm作業時單架次作業面積可達7km2(正射)、3km2(4相機傾斜)、0.52km2(P40傾斜);通過部件級、全機級可靠性測試,飛行中具有多項故障保護機制,為安全可靠的飛行作業提供保障。

※ 一站式軟件解決方案、先進的全成果影像工作站

支持從航線設計、控制點量測到空三處理的全流程作業,提供DOM、DSM、TDOM、2.5D模式、真三維模型等多種成果生成及瀏覽。

※ 基于飛馬云的主動式服務

支持信息推送、工程同步、飛行數據共享、飛機主動維護、飛行記錄分析及展示功能。


四、高精度傾斜模塊-P40

P40傾斜模塊采用單相機傾斜的設計方案,具備同步曝光功能,有效的解決相機快門延時誤差;配合F300高精度航測無人機產品及無人機管家專業版中P40智能航線設計功能,具備高質量的側面紋理采集及高效率的作業能力,主打“高精度免相控傾斜攝影”,提供完整的軟、硬件解決方案。

1、P40傾斜模塊參數

相機型號:SONY DSC-RX1R II

傳感器尺寸:35.9*24.0mm

有效像素:4200萬(7952*5304)*1

鏡頭參數:35mm定焦

鏡頭角度:后40°(后傾)

采集分辨率:優于3.5cm

2、航線設計

無人機管家智航線支持全自動的傾斜航線生成:規劃或導入區塊時,只需填寫分辨率及重疊度即可自動生成航線;支持用戶按照實際需求進行航線設計;具備自動分區、自動劃分架次等功能。

P40傾斜系統支持用戶按照實際工程需求自定義航線設計,提供兩種不同飛行模式,如下圖所示:

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交叉飛行


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全向飛行

※ 交叉飛行模式通常采用80%航向和80%旁向重疊度進行航線設計,單架次即可以較高效率獲取覆蓋測區4方向側面紋理;

※ 全向飛行模式通常采用80%航向和65%旁向重疊度進行航線設計,可以獲取覆蓋測區4個方向側面紋理并可以獲得最優展示效果。

3、偏心距改正

經RTK/PPK融合差分解算輸出高精度曝光點處GPS位置,再基于空三及相機安置參數信息進行偏心距改正,最終獲取影像的高精度POS數據,為無人機的無控高精度直接定向的實現提供保障。

4、數據預處理

無人機管家智理圖中具備EXIF寫入功能,可以將F300獲取的高精度POS數據直接寫入照片EXIF,寫入后可直接導入Context Capture等軟件進行數據處理,有效減少數據整理及預處理的工作內容。

5、作業效率

按照常規飛行的重疊度進行航線設計,并分別統計不同作業模式在不同的分辨率情況下的作業效率,如下圖所示:


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不同作業模式效率

注:按照單架次航程60km計算,交叉飛行兩種模式按照航向重疊度80%、旁向重疊度80%進行航線設計,全向飛行模式按照航向重疊度80%、旁向重疊度65%進行航線設計。

一般地,傳統多旋翼無人機搭載五相機組成的傾斜航測系統,作業時間一般在30min左右,在常見地面分辨率5cm情況下,單架次作業能力約為0.2km2左右,而F300 P40使用交叉飛行作業模式的單架次作業面積為0.87 km2左右,效率上具有較大優勢。


五、應用案例

1、廣西崇左高精度免相控傾斜工程案例

※ 測區概況

測區位于南寧市五象新區,覆蓋面積約有30平方公里,劃分為五個測區。五象新區地處邕江南岸,正處于開發階段,西北側主要是施工的道路及新開發的小區;東南側主要是村莊及農田,還有一些林地,測區交通狀況良好。區域內耕地多為旱地,小山丘區域林木茂盛,灌木叢生。

※ 成果技術規格

(1)Tile分幅:采用100m*100m正方形分幅;

(2)成果數據格式:采用OSGB通用三維數據格式。

※ 檢查內容及方法

依據《數字測繪成果質量檢查與驗收》GB/T 18316-2008規范規定,采用全數檢查的方式,對飛馬F300-P40免像控傾斜攝影實景三維模型進行檢驗。

利用基于CORS系統的RTK測量技術,按照CH/T 2009-2010《全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范》控制測量的要求,實地精確測量選取的檢查點的三維坐標。測區內共選用469個檢查點。

在清華山維EPS2012軟件平臺內,參照外業實測的檢查點位的位置,內業采集模型每個檢查點的平面坐標、高程值,采用高精度檢測的方法,分別統計檢查點的平面精度中誤差和高程精度中誤差。

※ 質量評定及結論

根據《數字測繪產品檢查驗收規定和質量評定》GB/T 18316-2008和本次檢查的結果,飛馬F300-P40 高精度免相控傾斜攝影系統解決方案可實現免像控制作實景三維,精度可以滿足1:500線劃圖的生產。

樣本

面積

(km2)

平面精度(m)

高程精度(m)

檢查點數

中誤差

檢查點數

中誤差

區域1-1

5.12

42

0.17

45

0.18

區域1-2

6.25

34

0.14

102

0.12

區域1-3

6.25

24

0.11

55

0.11

區域1-4

6.25

25

0.14

36

0.14

區域1-5

6.25

9

0.06

35

0.09

樣本檢查情況一覽表

※ 三維成果展示

圖片關鍵詞

圖片關鍵詞

圖片關鍵詞

圖片關鍵詞

2、江蘇某農村地籍測量

2017年12月,F300搭載P40傾斜模塊完成江蘇某村鎮地籍測量項目。為滿足地籍測量的高精度數據需求,此次任務設計如下:相對飛行高度150m,地面分辨率1.9cm,全向飛行獲取4個方向紋理,并設置RTK/PPK融合差分作業模式。經高精度GPS解算、免像控空三計算,自動三維建模,EPS三維測圖,獲取測區平面精度、高程精度均優于10cm的地籍地形數據,為地籍測量、土地管理、不動產登記等應用提供可靠數據保障。

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全貌成果

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局部成果

采用EPS進行三維模型矢量采集情況如下:

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EPS測圖

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EPS單棟房屋展示

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DLG與DSM套合

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DLG與TDOM套合

經外業實測點檢核,其平面中誤差為0.071m,高程精度為0.072m,具體如下:

ID

dx

dy

dz

1

-0.0116

0.0137

0.018

2

0.064

-0.057

0.086

3

-0.097

0.013

0.098

4

-0.05

0.043

0.066

5

-0.053

0.03

0.061

6

-0.006

0.087

0.087

7

-0.001

0.068

0.068

8

-0.019

-0.095

0.097

9

-0.026

0.08

0.084

10

-0.033

-0.062

0.070

11

0.017

0.001

0.017

12

-0.003

-0.046

0.046

13

-0.005

0.008

0.009

14

-0.073

-0.025

0.077

15

0.087

0.039

0.095

16

0.038

0.047

0.060

17

0.06

-0.037

0.070

18

0.05

0.028

0.057

19

-0.036

-0.101

0.107

20

-0.01

-0.052

0.053

中誤差

0.047

0.055

0.072

平面中誤差

0.072



3、福建某院校高精度建模

2018年1月10日,F300搭載P40傾斜模塊完成福建某院校高精度三維建模項目,高精度,高精細度的三維模型準確還原了校園全貌,滿足了該校的數字化校園、智能化管理的業務需求,該項目的成功驗收也再次證明了F300 P40在精細化三維建模方向所具備的強大優勢。

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航線示意圖

測區采用全向飛行,設計分辨率1.7cm,設計里程46km;飛行時間約50min;獲取成果如下:

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全貌成果

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局部成果一

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局部成果二

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局部成果三


4、珠江學院高精度免相控傾斜工程案例

測區位于天津市寶坻區,覆蓋面積約有0.5平方公里,測區內建筑物居多,綜合考慮了平地、豐富紋理,特殊建筑等多個因素,采用不同的飛行作業模式、分辨率、重疊度獲取了6組傾斜數據。

選取測區內16個檢查點,在清華山維EPS2012軟件平臺內,參照外業實測的檢查點位的位置,內業采集模型每個檢查點的平面坐標、高程值,采用高精度檢測的方法,分別統計檢查點的平面精度中誤差和高程精度中誤差,精度可以滿足1:500線劃圖的生產。

樣本

作業模式

重疊度

分辨率

檢查點數量

(個)

平面精度(m)

高程精度(m)

cm

中誤差

中誤差

1

往返交叉航線

80×70

3

13

0.044

0.035

2

交叉航線

80×80

1.5

11

0.023

0.023

3

往返交叉航線

80×80

1.5

10

0.031

0.021

4

往返交叉航線

80×60

3

15

0.037

0.035

5

交叉航線

80×80

5

16

0.055

0.051

6

往返交叉航線

80×70

5

16

0.043

0.054

樣本檢查情況一覽表

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全貌成果

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局部成果一

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局部成果二



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