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使用DJI无人机实现高精度映射意味着什么

归档日期:06-01       文本归类:直接映射      文章编辑:爱尚语录

  去年,商业无人机新闻与AirGon LLC(GeoCue Group Inc 的全资子公司)进行了网络研讨会,该网络研讨会专注于实现与DJI无人机高精度映射的意义。在完成了1,200多个项目之后,AirGon已经能够确定从无人机获得最高准确度的意义。这个定义是GeoCue集团总裁兼首席技术官刘易斯格雷厄姆在网络研讨会期间详细展示的内容。

  刘易斯能够谈论各种主题,包括如何收集无人机测绘数据,如何确保准确性,以及这些事物如何影响摄影测量与LiDAR辩论。他还讨论了AirGon的各种咨询服务和AirGon Mapping Suite,这是一个完整的软件包,用于从任务规划到生产产品的映射。

  上图显示了旋翼和固定翼无人机之间的比较。Lewis总结旋转/多旋翼无人机通常是小型站点测绘的最佳平台,特别是因为在受限区域内飞行这些平台更容易。此外,起飞和着陆程序完全自动化的事实,与固定翼无人机相反,你可能不得不介入并手动降落。

  “真的,当你瞄准高精度贴图时,你需要考虑的是传感器封装,不一定是传感器所在的平台”,Lewis解释道。“而且我想指出,低成本平台上的好相机要比高端平台上的平庸相机好很多。还有一个大问题,不幸的是,无人机偶尔会崩溃,当这种事情发生时,你想要损失多少钱?所以,当你谈论无人机测绘时,这也是一个考虑因素。“

  在高精度测绘方面,除了良好的相机和万向节之外,还需要考虑其他一些事项:相机校准,适当的规划和导航系统,参考大地网络的能力以及适当的加工工具。

  虽然无人机的摄像头有很多不同的选择,但网络研讨会专注于DJI产品,这就是为什么刘易斯提到DJI的Phantom 4 Pro和Zenmuse X4S摄像机作为出色的产品。两者都属于1英寸传感器类别,他认为这种传感器尺寸适合高精度测绘。然后,另一个考虑因素是相机中包含的快门类型。下图(右侧)显示了滚动和全局机械快门之间的差异。

  滚动快门通常用于没有足够快的采集时间来同时获取整个图像帧的传感器”,Lewis继续说道。“所以滚动快门实际上是一个电子设备,而不是物理设备,并且它们逐行读出,因此当你这样做时,你最终会出现这种滚动快门模糊。你真的需要一个用于测绘相机的机械(或全球电子)快门。在这些条件下,我们在DJI级摄像机中推荐的是X4S,你可以在Inspire 2或M200或Phantom 4 Pro内置摄像头上飞行。“

  由于上一代DJI相机(如Inspire 1)使用滚动快门,AirGon不建议也不支持它们,因为在尝试进行高精度测绘时会产生各种问题,特别是在校准相机时。

  说到这一点,相机校准是讨论高精度映射时的另一个重要主题。有两种类型的摄像机校准:实验室校准,“你放下目标的地方,通过一个程序,给你相机的内在参数(焦距,主点偏移,这种性质的东西),用于来自运动软件(如Pix4D和Agisoft PhotoScan)的结构在Orthophotos中创建了点云,“Lewis说。第二种校准方法是他所谓的“原位校准”,它可以转化为现场,是大多数操作人员所做的。

  不执行相机校准的影响有两种形式。第一个是不正确的垂直标度测量。例如,在测量库存时,高度测量将稍微关闭,捕获的数据出错。第二个是偏差误差,你知道地面上的一个特定点恰好在200米处,但结果是10-15厘米。

  简而言之,就任务规划而言,刘易斯推荐使用DJI的Ground Station Pro应用程序,因为它适用于规划和控制任务。

  大地测量网络将用无人机收集的数据的位置(纬度,经度,高度)与参考坐标系联系起来。基本上,它是在现实世界中放置数据。尽管像Pix4D,Photoscan和DroneDeploy这样的软件可以通过使用密集图像云来执行这些计算,但它们仍然需要绑定到某种参考网络。这种联系的建立程度称为网络准确性。

  “当我谈到绑定参考网络时,我正在谈论将你正在进行的映射与状态平面坐标系统,通用横轴墨卡托系统或你所在国家区域的参考系统联系起来”,刘易斯继续说道。“因此,您可以在一个航班中获取地图信息,并将其与其他航班或Google地球的航班相关联,等等。”

  另一方面,有局部精度,用于测量某物的尺寸 - 木块有多长,库存有多高等。例如,它可以用于相对计算,如体积,当你不要担心它相对于世界的立场。

  然而,刘易斯说:“我们在很多矿场地图绘制方面的经验表明,本地精度是最终的答案。这最初是客户所说的,但最终他们会说,好吧,我需要将这些库存的脚趾放在谷歌地图上,或者他们想要做的任何事情,这将需要网络准确性“,因此,为什么他认为“规划局部准确性是一个非常糟糕的主意。您总是希望计划良好的网络准确性“。

  但是,您如何规划高网络准确度?最常见和最低成本的方法之一是放置地面控制点,然后使用运动软件的结构参考这些收集的数据。虽然结果非常准确,但这是一项耗时的任务,而且在很多情况下,您无法放置那些地面控制点,例如拒绝访问该网站。

  这导致另一种解决方案,即全球卫星导航系统(GNSS)定位系统。简而言之,GNSS定位系统通过各种卫星对接收器的位置进行三角测量,并计算接收器相对于世界的位置。该系统可实现2.5至5米的精度,这对于确定您在汽车中的位置非常好,但对于高精度映射来说还不够好。

  解决方案是差分GNSS,它与两个接收器一起工作。一个作为基站,位于地面上的已知点,用于计算由它产生的精度误差,而另一个在移动中,并使用来自基站的信息修复其错误。

  差分GNSS有两种类型:实时动态(RTK)通过无线电链路将校正矢量广播到流动站,以实时准确地跟踪它。如果不需要知道流动站的实时位置,则使用后加工运动学(PPK),这意味着稍后将解决流动站的位置。

  通过使用差分GNSS,您可以达到厘米级的定位精度,这意味着流动站相对于基站的一到两厘米的误差。下图比较了不同的技术和应用。

  然而,DJI无人机不具备与相机相连的PPK或RTK系统,这就是AirGon决定开发的系统。

  “我们开始为高端无人机开发直接地理定位系统,我们与比利时的一家名为Septentrio的公司合作,建立了一个非常漂亮的GNSS引擎 - 根据卫星星座计算位置的设备,”刘易斯说。“大约九个月前,我们开始研究这个问题,我们问道,有没有办法可以将它添加到低端或低成本的无人机中,比如Phantom和DJI的Inspire?”

  最初,当相机拍摄照片时,如何将Septentrio的AsterX-m2 GNSS引擎记录为(X,Y,Z)位置时出现问题。DJI无人机,如Inspire或Phantom,不适用于这些系统,无法向GNSS引擎发送Mid曝光脉冲(MEP)信号,GNSS引擎用于精确地了解拍摄每张照片的时间。

  AirGon是如何克服这个问题的?我们在本系列的第2部分中讨论了这一点,我们还讨论了在将无人机发送到空中之前需要做什么,并展示了在实际使用案例中使用不同系统之间的一些比较。

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