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《大疆航空摄影测量教学系列》 —— 航线规划之三机并飞实战案例

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作者:小猛子
博客:www.wangmeng.info

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https://bbs.dji.com/thread-152365-1-1.html
【请从头开始阅读,千万不要半路插队,会看懵逼的。】

在上一篇,讲解了航空摄影方案设计的基本逻辑,这一节以实战案例的形式,讲解我在本月参与的一个实验性项目。虽然,最终该项目因大疆P4P无人机镜头突然模糊坏片率大于10%半途中止,但是,我在该项目中成功实现了三机并飞同步数据采集、高精度航线设计等科目。只要大疆能将突然模糊的问题解决好,质量方面不用特别担心了。

一、业主需求

只有一句话,分辨率大于?cm并给了一个kml格式测区范围线。

二、需求分析

业主需要简单的一句话包含了两个点:飞行基本参数和范围。
1、在航测领域无论是比例尺还是分辨率,注意是数字越小清晰度越高或者称为比例尺越大,所以4大于5,而6小于5,同理,1:450大于1:500,以此类推。
2、范围就是摄界,也就是客户要求的成品范围,在此基础上合理增加 为保证产品质量的外扩和倾斜摄影的特殊外扩(根据需求)等便构筑出摄区范围线。

三、DJI飞行参数计算

本来我想略过的,但是,大疆飞机和别人家的不一样。

DJI P4P 的技术参数,在 http://www.dji.com/cn/phantom-4-pro/info#specs 可以查询到。
我们需要的是焦距、照片尺寸和机械快门速度以及其他一些限制。航空摄影为了最大程度利用有效像素,一般都取最大有效像素照片尺寸。有别于差值得来的忽悠像素值,这个像素值是物理的最大值,大疆P4P为2015万像素。

刚才提到了P4P和别家飞机不一样,因为,P4P的COMS传感器尺寸并不是传统的对角线1英寸,而是半圆弧一英寸暨13.4mm*8.8mm,P4P和P4A的像元大小为:2.449μm。
以上信息通过我设计的天创航测助手计算得来,欢迎复核验证 : https://www.pipipan.com/fs/106137-221842637

我们假定该项目要采集5cm的数据,则飞行高度由5*0.9=4.5cm计算,可得飞行相对高度为161米,飞行高度层为173.983米。航空摄影执飞的正是本摄区的飞行高度层!如果你看到什么团队,地面站算一个航高就飞,绝对是水货不要相信他们质量能搞好。

一般飞行高度层由业主给定的摄区范围内的最低点作为设计起算点,其计算公式为:

                            飞行高度层 = 设计起算点的大地高 + 相对航高

设计起算点的大地高有条件的尽可能实测,或者通过计算或者查询的方式获取。一般正规航测团队查询这些数据不存在障碍,而业余爱好者通常会想到谷歌地球,但是,谷歌地球是高程不是大地高 -_- !

请千万记得,大地高、高程、飞行高度层、飞行高度是四个完全不同的东西,万万不可混淆。这里的飞行高度层文字同民航的飞行高度层一字不差,但是,起算基准不一样。民航的飞行高度层基于虚拟海平面起算的,我这里的飞行高度层是基于WGS84椭球面起算的。

四、摄区范围外扩

如果是正射摄区外扩左右各外扩2条航带、前后外扩2个摄影基线;如果是倾斜四个边在正射的基础上再各加161米,以保证立面数据采集完整。倾斜费用贵除了内业成本高之外,外业单纯的飞行密度也要比正射大很多。

我个人在实际项目中是计算单点所涉及的相片数量,一般是做到1个点出现在8张以上,但是这个方法很复杂不便于学习就不细谈了。大疆做小范围航测,用上述经验数据即可。

有了摄区外扩的基本尺度之后将摄区外扩,分别在甲方给定的摄区范围线内查询最低点作为设计高程起算点,之后在整体飞行范围查询最高点,考虑用上面计算出的飞行高度层会不会撞机,同时,要注意该点是否需要去考虑重叠率。如果存在撞机可能性,在DJI目前的地面站中,我的认知里只有GS Pro(需付费320元)或者Pix4DCapture(英文,且需要翻墙)两个地面站可以做,因为我只用这两个地面站飞过。至于做法就是拆解航线,首先制作绕开障碍物的KML导入地面站生成航线,之后,根据产品质量考虑是否需要补拍被绕开的障碍物。

五、地面站航线规划

如果是单机飞行则可以将外扩后的边界生成KML,在谷歌地球中呈现,之后【先fangqiang】在Altizure地面站或者Pix4Dcapture地面站切换到谷歌地球,手工对照谷歌地球中顶点的位置拖拉出摄区。这种方法已经比蒙着头估计着拖拉测区先进很多。至少做到了成本可控、质量可控。

如果是单机飞行,那么,讲到这里做过测绘并飞过无人机的同学已经可以开展外业飞行作业了。但是,多机飞行这么去做风险还是极高的。

我是怎么实现多机飞行的?因为我分解了Altizure和Pix4DCapture的地面站航线工程文件格式,计算生成了我需要的航线,并分发到参与飞行的每一部iPad上,并制定了飞行计划。

六、多机飞行的航线规划

多机飞行的窍门在于集中设计出航测分区,而后,如果飞手有能力由飞手按照设计的航测分区编制地面站匹配的飞行工程文件【注意,不是由地面站自动生成,而是去自己去编制】。如果飞手不具备这方面的能力,那么就集中编制出航线文件,而后复制到每一部iPad上。

这样做的好处是,分区之间的界线是肯定已知且完全相同的,最大程度的避免了撞机的可能性。如果是每个人都去用上边提到的单机法手拖拉航线,必然会存在一定的误差,人为增加很多不可控因素。

人工设计航线的最大好处是充分利用了精灵的性能,大疆P4P GPS正常工作时,同测区只要有共同边界即可形成整体。不同测区之间,接边的两个子测区互相追加2条航线即可,其余按照同测区方案处理。

地面站工程文件可以用iMazing等iOS文件管理器,在app对应的文稿目录下找到,编辑时使用EditPlus或者Sublime Text编辑器最稳妥,windows自带的笔记本不是很好用。

执飞的基本逻辑是,不接边的(Altizure斜视会产生4道侵占接边)同方向同速度运动,有接边的岔开起飞时间。可以通过下面两个公式计算:

                                            飞行速度 * 时间 = 航线位置
                                            航线长度/飞行速度 = 时间

综合比较出不同架次飞机所处位置,按照你个人安心为原则具体制定间隔时间。

3架精灵P4P/P4A同步飞行
上图,是我设计完成后的实战飞行方案。同测区由3架精灵同步执飞,为保证飞行高度层,每一架飞机的相对飞行高度都是按照上边提到的计算公式做过针对调整,且在各自固定地点起飞。

请务必记住,航测和航拍的最大区别是,航测是大面积区域化的拍摄,需要以整体的眼光去做取舍,而航拍是眼前或者说镜头内的特定范围。从拍摄理念、思路、到手法上完全不同。

七、相机调试

航测和航拍最大的不同就在于航测是大面积区域化整体作业,而作为任务设备的相机不可能如同航拍时飞到拍照点去调整,所以航测会存在一定的坏片。

一般来讲任务外的废片不考虑,任务内的坏片不超过整体数量的10%,为什么呢会有坏片呢?因为地貌,天气、飞机的姿态具有不可控和未知性,而航测相机是一次性调整确定大面积大批量飞行,所以很难保证100%的照片合格率。一般航测作业的坏片是过曝、曝光不足、漏拍等三种情况,如果是对焦有问题,假设首架次验证飞行焦距正确,人为设置出错的概率并不高,要从相机和APP里找原因。DJI精灵4Pro现在就存在突然模糊、突然清晰的问题,我是摸不着头脑。

航测的相机调试的核心逻辑是:保证绝大部分区域成片质量良好,综合坏片率不超过10%,如个别区域集中坏片则考虑补拍。

M档调试原则:

快门:至少1/1000以上,最大不建议超过1250。
光圈:2.8,最多顺延3个档位
ISO:一般不超过400,阴天发黑适当加大。ISO在数码相机上实际上就是伽马,但是,如同胶卷相机一样,ISO越大照片越不清晰。
焦距:无穷远

S档快门优先调试原则:
快门:至少1/1000,最大不超过1250。
光圈:自动(我想锁定,结果锁不了)
ISO:自动
焦距:无穷远

拍照评价的的第一优先级是清晰放大10倍物体的像素形态边界可辨识,第二优先级是宁可欠曝也不可过爆,因为你过爆细节就全丢了,任何软件的后期修复手法都难以拯救。现在市场上有专门的专业航测匀光匀色软件,也有部分数据后处理软件带有略微简单的匀光匀色功能,都是批量自动调片的效果不错,效率极高。

是不是绝对不可以过曝?也不尽然,如果存在过曝光的区域很小,丢失的细节不影响拼图,也可以忽略不计。


充分体会本篇介绍的实战案例,您可以带着飞机去飞行了。外业部分不再累述只谈一些地面站软件使用的小小心得体会。而控制点需要的设备几万块,CORS租金也不便宜,一般爱好者难以实施,讲也没用。做测绘的兄弟,也根本不用讲。

基本原则是控制网+碎步测量定像控点,高程控制点间隔不谈1公里至少也要有600米,碎步点最大500米。当然,如果是M600挂后差分就省事多了。
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一头大灰驴  Mavic Pro认证用户 2017-9-27 2#
辛苦了辛苦了
djiuser_X4KYazz  Phantom 4 Pro认证用户 2017-9-27 3#
学习了,敬等下文
han  Inspire 1 V2.0认证用户 2017-9-27 4#
不错,专业,我们的飞行高度层一般要买满足最高点重叠率,最低点分辨率,如果高差太大,还需要分不同的航摄面,即最低处和最高处飞不同高度

不过大疆的相机没有检校,做做快拼差不多,做正射还是精度不够,像控做死
楼主   2017-9-27 5#
han悟22017-9-27 10:32
不错,专业,我们的飞行高度层一般要买满足最高点重叠率,最低点分辨率,如果高差太大,还需要分不同的航摄面,即最低处和最高处飞不同高度

不过大疆的相机没有检校,做做快拼差不多,做正射还是精度不够,像控做死
你可以去校验的。买个校验软件在外场布置一个9个点的简易校验场或者用软件的自校验也可以。
350238  Phantom 3 Professional认证用户 2017-10-6 6#
不断提高
djiuser_9d1Dbg5   2018-6-8 7#
您好 根据您给出的知识  半弧长尺寸为1一英寸(25.4mm),传感器长宽比为3:2,我算出的传感器尺寸怎么是13.45x8.96呢 由此算出的像素点边长为2.458um。计算上会不会因为每个像素点的微小误差,导致最终算出的执飞高度误差很大呢?另外大疆P4上写的参数 镜头焦距8.8~24是等效焦距  要不要先换算成真实焦距再填入你的软件中?
djiuser_9d1Dbg5   2018-6-8 8#
您好 根据您给出的知识  半弧长尺寸为1一英寸(25.4mm),传感器长宽比为3:2,我算出的传感器尺寸怎么是13.45x8.96呢 由此算出的像素点边长为2.458um。计算上会不会因为每个像素点的微小误差,导致最终算出的执飞高度误差很大呢?另外大疆P4上写的参数 镜头焦距8.8~24是等效焦距  要不要先换算成真实焦距再填入你的软件中?按照FOV为84°,传感器对角线尺寸为16.17mm,得到的等效焦距是8.97?有这些疑问,望您有时间的时候帮忙解惑。
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