技术 | 仿地飞行最全使用流程及应用
什么是仿地飞行？A
仿地飞行，是指无人机在作业过程中，通过设定与已知三维地形的固定高度，使得飞机与目标地物保持恒定高差。借助仿地飞行功能，无人机能够适应不同的地形，根据测区地形自动生成变高航线，保持地面分辨率一致从而获取更好的数据效果。
为什么需要仿地飞行？A
当测区地形落差较大时，经常会出现部分海拔较高的区域空三无法通过的问题。
目前一般的无人机飞行都是采用定高飞行，这就导致了一些地形起伏较大测区由于无人机相对实际地面的高度不同，造成地面分辨率相差较大，高处与低处的重叠度不够，出现山顶漏洞、建筑物拉花、精度不够等情况。
因此，可以精准根据地形变化调整飞行高度的仿地飞行就是十分有必要的，仿地飞行的优点如下：1、可以保持地面分辨率一致；2、高落差地区空三一次性通过率很高；3节省人力和时间。
仿地飞行作业方式
01方式一：基于已有DEM数据规划航线
● 按常规方式进行规划航线，设置“相对高度”和“起飞点海拔”，选择“变高航线”。
（注意：相对高度最低不能低于120m，生成指令会根据基准面海拔规则进行计算）
02
方式二：预扫飞行并生成DSM文件获取高程数据
● 预扫飞行按照正射航线规划进行飞行。推荐航高：测区最高点海拔+150m。
（注意：预扫飞行的效率与分辨率相关，分辨率越大效率越高，但分辨率增大会影响DSM的精度，建议分辨率控制在5~10cm)● 采用Pix4Dmapper软件按1米的分辨率生产DSM文件用作仿地飞行底图。（注意：采用预扫数据DSM作为地图时，建议相对高度最低不能低于70m，以测区实际情况为准）
作业流程
01
方式一：使用GoogleEarth中的地形信息和软件录入的高程数据规划航线
iFly航测助手软件联网打开后会自动加载高程数据，高程精度为30m。导入速度加载1平方公里需要5~10s，导入成功可再规划，右下角可查看。
▲ 自动加载高程数据
设置“相对高度”和“基准面海拔”，选择“变高航线”。（注意：相对高度最低不能低于120m。生成指令会根据基准面海拔规则进行计算）
▲ 航线规划
航测助手生成的变高点可在GoogleEarth中浏览，若无异常情况，则进行仿地变高飞行，完成测区数据采集。
▲ 生成变高点
02
方式二：预扫飞行并生成DSM文件获取高程数据
预扫飞行按照正射航线规划进行飞行。推荐航高：测区最高点海拔+150m。（注意：预扫飞行的效率与分辨率相关，分辨率越低效率越高，但分辨率降低会影响DSM的精度，建议地面分辨率控制在5cm以内)
采用Pix4Dmapper软件按1米的分辨率生产DSM文件用作仿地飞行底图。
▲ 过程图
▲ 导入DSM成果文件
▲ 生成变高航线图
▲ 航线预览正常即可保存航线并在监控界面进行航线飞行
案例参观
01
案例一
测区位于安徽黄山，共0.4平方公里，地形起伏较大，采用仿地飞行模式，使用已有高程数据规划航线。
● 飞行数据情况 ●
备注：该测区一共飞行2个架次，2个架次在同一地点起降
▲ 空三情况
▲ 模型效果
● 精度验证 ●
此次航飞外业预留5个检查点验证精度
02
案例二
测区位于湖南某县，共0.4平方公里，地形起伏较大，采用预扫飞行并生成DSM文件获取高程数据进行仿地飞行。
● 飞行数据情况 ●
▲ DSM成果
▲ 空三情况
▲ 模型效果
● 精度验证 ●
此次航飞外业预留5个检查点验证精度
03
案例三：选择Phantom 4 RTK进行本次飞行任务
（1）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：
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。
（2）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）
（3）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：
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；
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；
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。
（4）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。
风险提示
由于仿地飞行功能会保持飞机的飞行高度与地面一致，在一些测区，两个山顶会有高压电塔，电塔之间的高压线有可能会高于航线高度或在航线执行的高度范围内，引起安全问题，在规划仿地航线时，一定要注意高压线带来的风险问题。此外，同一个架次的仿地航线，不建议翻越山顶，建议保持在遥控器与无人机直线无障碍的范围内飞行，避免失联导致RTK信号不好或返航高度设置不合理引发的飞行安全问题。
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