國土應(yīng)急執(zhí)法

無人機(jī)航測系統(tǒng)技術(shù)方案

                中儀友信技術(shù)中心：董建卓

                 時間：2016年10月22日

一、項目概述

目前我國正處在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化高速發(fā)展的新時期，隨之而來的土地執(zhí)法壓力越來越大，土地任務(wù)也日趨繁重。土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料的獲取是做好當(dāng)前土地保護(hù)和執(zhí)法工作的前提，隨著土地保護(hù)和執(zhí)法工作要求不斷提高， 土地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料精確性、 可靠性和時效性也迫切需要提高。
以建設(shè)項目土地保護(hù)和執(zhí)法管理為例，在土地執(zhí)法工作中，我們發(fā)現(xiàn)部分建設(shè)項目特別是工業(yè)和民用類建設(shè)項目的地理位置、建設(shè)范圍、規(guī)模與土地審批時的變化較大；部分建設(shè)單位未按照土地審批要求開展項目建設(shè)， 非法侵占了自然保護(hù)和執(zhí)法區(qū)、飲用水源保護(hù)和執(zhí)法區(qū)等需要特殊保護(hù)和執(zhí)法的區(qū)域；部分建設(shè)單位未按照土地要求進(jìn)行恢復(fù)與建設(shè)，或者恢復(fù)面積與土地批復(fù)要求差距較大。 此類項目建設(shè)變更對土地破壞大、影響長期，但因無準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)底圖，難以準(zhǔn)確甄別，土地審批、土地監(jiān)理、土地執(zhí)法多無據(jù)可查，給防范和后續(xù)處理工作增加很大難度，土地管理依據(jù)存在缺失。類似的問題也普遍存在于土地監(jiān)測、土地監(jiān)察、土地應(yīng)急和生態(tài)保護(hù)和執(zhí)法等土地保護(hù)和執(zhí)法領(lǐng)域的其他多個方面。

二、土地執(zhí)法無人機(jī)應(yīng)急系統(tǒng)概述

本應(yīng)急系統(tǒng)是基于工業(yè)級六旋翼無人機(jī)的手段對土地執(zhí)法進(jìn)行應(yīng)急保障的推薦方案?？傮w要求實現(xiàn)以下功能：無人機(jī)應(yīng)急測繪系統(tǒng)及時到達(dá)案發(fā)現(xiàn)場，即使起飛，拍攝視頻和影像圖并通過微波實時傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控平臺，監(jiān)控平臺采用無線通訊或4G方式將視頻和影像圖傳到土地執(zhí)法應(yīng)急指揮中心，同時傳輸?shù)搅硪粋€移動應(yīng)急指揮車，案件發(fā)生時同時對案發(fā)現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)急航拍，獲取第一手的定性分析和判斷的圖像成果數(shù)據(jù)，另外，作為科學(xué)執(zhí)法和數(shù)字執(zhí)法的一種新需求，無人機(jī)應(yīng)急測繪系統(tǒng)及時到達(dá)案發(fā)現(xiàn)場，即使起飛，采取航測作業(yè)模式，快速獲取執(zhí)法案件區(qū)域的高清可量測二、三維影像數(shù)據(jù)，對案發(fā)現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)急航測，獲取第一手的定量分析和判斷的可量測影像成果數(shù)據(jù)。

此方案的設(shè)計包含以下幾個子系統(tǒng)：

工業(yè)級四旋翼飛行平臺

作為應(yīng)急救援應(yīng)用的核心，配備工業(yè)級的四旋翼飛行平臺。可實現(xiàn)對土地執(zhí)法執(zhí)法的無人機(jī)第一視角實時監(jiān)控，快速對違規(guī)的土地執(zhí)法案件快速獲取高清淅的圖像和可量測影像數(shù)據(jù)資料。通過地面站無人機(jī)監(jiān)控平臺可快速實現(xiàn)無人機(jī)全自主的外業(yè)飛行，按照執(zhí)法對成果要求事先設(shè)定好無人機(jī)：飛行高度、執(zhí)法區(qū)域、飛行速度、無人機(jī)定點起飛降落、影像的高清淅可量測和穩(wěn)定等多種功能，即實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測，為獲取第一手現(xiàn)場圖像資料科學(xué)決策提供了可行依據(jù)，同時，實現(xiàn)了數(shù)字執(zhí)法，獲取的可量測二、三維影像成果可供執(zhí)法決策提供了可行定量性科學(xué)執(zhí)法依據(jù)。具體指標(biāo)參數(shù)：

工業(yè)級四旋翼飛行平臺技術(shù)要求

（1）工業(yè)級四旋翼要求配置自主知識產(chǎn)權(quán)的專業(yè)級飛行控制系統(tǒng)和地面站軟件，全碳纖維機(jī)身，高度集成的IMU模塊、IO板，4只低速大扭矩外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)，緊密結(jié)合的GPS/INS，磁力計，氣壓計，總線支持的系統(tǒng)主板卡，不接受沒有知識產(chǎn)權(quán)的普通航模級的飛行控制系統(tǒng)。

（2）考慮到飛行器的高效和穩(wěn)定性，只選擇工業(yè)級的四旋翼飛行平臺。相對于普通航模多旋翼，工業(yè)級的四旋翼由于采用了專業(yè)的低速大扭矩外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)及專業(yè)無人機(jī)槳，另外，在無人機(jī)機(jī)身材料方面采用了航空碳纖維高強(qiáng)度材料，確保無人機(jī)的高效和穩(wěn)定性會更好。

（3）考慮到執(zhí)法數(shù)據(jù)的定量性分析，機(jī)載的相機(jī)和云臺需要配置航測級的相機(jī)和云臺。

（4）地面站軟件套裝：航點、航線編輯軟件，可根據(jù)地面分辨率、相機(jī)參數(shù)等自動規(guī)劃航線，遙測數(shù)據(jù)監(jiān)測與回放軟件（必須具備），飛行記錄儀（黑匣子）分析軟件（必須具備）。

可基于GIS數(shù)據(jù)規(guī)劃用于自動駕駛的3D航線和空中航點、航線任務(wù)

自動航攝設(shè)計軟件，給定分辨率、航高和攝區(qū)范圍等參數(shù)，自動生成航線和曝光點。航線和航點無限制。

（5）垂直起降。工作溫度-20-50℃，工作溫度5%-60%?？癸L(fēng)10m/s。

（6）全系統(tǒng)外場展開迅速，現(xiàn)場展開和組裝的時間小于5分鐘，全套產(chǎn)品裝箱后，要求滿足普通轎車就可以運輸，可方便地攜帶著全套裝箱產(chǎn)品坐火車和飛機(jī)，滿足具有車載大范圍機(jī)動和攜行能力。

（7）全碳纖維機(jī)身，機(jī)身自重：2850g，標(biāo)準(zhǔn)載重：1000-2000g
最大載重：5000g，留空時間：30-60分鐘，最大飛行高度：1000m
最大工作海拔：5000m，最大風(fēng)力：12m/s，最大雨量：暴雨

多節(jié)點集群運算全自動三維建模無人機(jī)數(shù)據(jù)處理和執(zhí)法應(yīng)用軟件

多節(jié)點集群運算全自動三維建模無人機(jī)數(shù)據(jù)處理PPSG PRO軟件

（可見光和紅外都可以處理）

3.2 PPSG 軟件介紹

PPSG 是目前市場上非常優(yōu)秀的集全自動、快速、專業(yè)精度為一體的無人機(jī)數(shù)據(jù)和航空影像處理軟件。獨特的算法，智能化程序最高、無需人工干預(yù)，可以現(xiàn)場快速實現(xiàn)高清晰一張圖影像成果，具有空三，平差，dem/dom/dsm,正射糾正和鑲嵌勻色、且具有獨特的空三和傾斜攝影功能模塊，不僅支持紅外、熱紅外及任何多光譜影像數(shù)據(jù)的處理，更為獨特的相機(jī)參數(shù)自檢校功能可以滿足高精度的低空攝影測量。

3.3  PPSG 產(chǎn)品優(yōu)勢

算法嚴(yán)謹(jǐn)       具備先進(jìn)的算法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪\算模型。

功能完備       無需任何第三方軟件即可對各種航測遙

感影像進(jìn)行空三、平差、正射影像編輯、

    支持多機(jī)并行集群運算，無數(shù)據(jù)量限制。從幾分鐘到幾小時，就可以處理從小范圍到中、大范圍的數(shù)據(jù)?？焖偕梢粡垐D。

制作專題地圖等功能；

功能的模塊化    操作便捷。所有軟件操作均十分簡單，無需復(fù)雜設(shè)置

穩(wěn)定自動        所有運算過程均自動、穩(wěn)定完成，并最大化地應(yīng)用計算機(jī)資源，數(shù)據(jù)處理時可調(diào)用計算機(jī)GPU資源。

精確可靠        應(yīng)用PPSG 處理結(jié)果精度可達(dá)0.1個像元，數(shù)據(jù)處理后同時提供全方位質(zhì)量檢

驗的質(zhì)量報告，保證處理結(jié)果的可靠性。

兼容性強(qiáng)        強(qiáng)大的數(shù)據(jù)格式支持和轉(zhuǎn)換能力?？梢灾С直姸鄸鸥裼跋駭?shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)。

完整的成果      完備的數(shù)據(jù)生產(chǎn)成果?？缮蒁EM、DSM、DOM、3D模型、3D 矢量數(shù)據(jù)等

硬件親民        極好硬件設(shè)備兼容性?？杉嫒莞髌放朴?/span>

算機(jī)、顯示器、3D鼠標(biāo)等。

3.4  PPSG 功能優(yōu)勢

系統(tǒng)具備影像快速處理功能、高自動化定向計算、超快速的影像匹配處理、高度自動化生產(chǎn)3D產(chǎn)品的全部實用功能，可以生產(chǎn)高精度數(shù)字高程模型（DEM），高質(zhì)量數(shù)字正射影像圖（DOM）和數(shù)字柵格地圖（DSM），具體功能如下：

1 基本數(shù)據(jù)管理

基本數(shù)據(jù)、影像的輸入和輸出；各種參數(shù)設(shè)置；圖廓整飾與圖件輸出；被測物體三維立體景觀顯示；各種過程的批處理； 基本的影像處理功能；不同網(wǎng)絡(luò)密度的質(zhì)量控制與質(zhì)量報告；

2定向計算與影像匹配

全自動內(nèi)定向；全自動相對定向；全自動絕對定向；影像匹配預(yù)處理；影像匹配；

3 正射影像生成

自動生成數(shù)字正射影像；

3.5  PPSG 軟件處理流程

1、影像導(dǎo)入，對齊照片（現(xiàn)場快速檢查）

一旦創(chuàng)建了項目，首先把影像原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入，對齊照片是用于快速評估數(shù)據(jù)集的質(zhì)量。

2、建立高密度點云（空三加密）

點擊建立高密度點云，就可以自動進(jìn)行空三加密了。

3、DSM和正射影像的生成

以上過程可實現(xiàn)全自動化。高精度的數(shù)據(jù)處理

3.6 三維影點無人機(jī)土地監(jiān)測執(zhí)法系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示及分析和應(yīng)用客戶端軟件（多維數(shù)據(jù)數(shù)字土地監(jiān)測執(zhí)法和監(jiān)測應(yīng)用和分析軟件）

多維數(shù)據(jù)數(shù)字土地監(jiān)測執(zhí)法和土地監(jiān)測監(jiān)測應(yīng)用和分析PPSG Viewer軟件支持離線使用土地監(jiān)測現(xiàn)場分析、飛行空中瀏覽、土地監(jiān)測執(zhí)法點等標(biāo)繪、各種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等。

具體功能：

*（1）全方面的二三維數(shù)字土地監(jiān)測地理數(shù)據(jù)瀏覽能夠方便地對二維、三維地理數(shù)據(jù)（包括地形、影像、矢量數(shù)據(jù)）進(jìn)行瀏覽。支持的數(shù)據(jù)格式包括：影像（*.tiff、*.img、*.lrp等格式）、地形（*.tiff、*.img、*.lrp等柵格數(shù)據(jù)格式）和矢量數(shù)據(jù)（*.shp、*.kml、*.tab等格式）。

*（2）快速的數(shù)字土地監(jiān)測三維模型、土地監(jiān)測執(zhí)法場景瀏覽

能夠快速的瀏覽土地監(jiān)測執(zhí)法現(xiàn)場的多維數(shù)據(jù)，支持大批量數(shù)據(jù)的三維場景瀏覽，包括自然地物及人工設(shè)施。速度快、場景精細(xì)，是GIS的三維可視化功能的優(yōu)秀體現(xiàn)。支持的三維模型數(shù)據(jù)格式包括*.3ds、*.obj、*.dae等格式。

*（3）領(lǐng)先的多維數(shù)據(jù)瀏覽

支持的多維數(shù)據(jù)的加載和瀏覽

*（4）靈活的飛行空中瀏覽模式

具備當(dāng)今三維GIS技術(shù)領(lǐng)先的飛行瀏覽技術(shù)，支持土地監(jiān)測執(zhí)法場景的飛行瀏覽和多視角瀏覽和查看。用戶可以很方便地控制、修改瀏覽線路和飛行速度。

*（5）便捷的土地執(zhí)法標(biāo)繪、測量、分析

可以方便地添加土地監(jiān)測執(zhí)法點標(biāo)注、繪制線面、距離測量、高度測量、三角測量和面積測量，進(jìn)行一系列分析如通視分析、可視域分析、雷達(dá)分析、填挖方分析、剖面分析和淹沒演示分析等

*（6）、軟件中可以在土地監(jiān)測執(zhí)法現(xiàn)場快速標(biāo)注和實現(xiàn)對土地監(jiān)測執(zhí)法現(xiàn)場的勾圖，并現(xiàn)場計算執(zhí)法現(xiàn)場的面積、體積等各種數(shù)據(jù)成果，并實現(xiàn)現(xiàn)場快速出圖，現(xiàn)場直接輸出的一張圖的成果包含影像、土地違法區(qū)域線劃、面積、體積等多元執(zhí)法數(shù)據(jù)，實現(xiàn)土地監(jiān)測執(zhí)法有據(jù)可依，有據(jù)可查。

直接輸出土地監(jiān)測執(zhí)法一張圖：

三、技術(shù)培訓(xùn)及售后服務(wù)

（一）技術(shù)培訓(xùn)

1、培訓(xùn)目的

使業(yè)主能對整個系統(tǒng)全面了解，熟練掌握設(shè)備和軟件系統(tǒng)操作，熟悉日常維護(hù)工作，有能力處理一般性問題，并消除系統(tǒng)因使用或操作不當(dāng)而引起的故障，減少突發(fā)故障的發(fā)生。

2、培訓(xùn)內(nèi)容

培訓(xùn)內(nèi)容可分為面向操作人員和面向管理人員兩類。前者注重實際操作，后者偏重系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、功能和管理等。

面向操作人員的培訓(xùn)內(nèi)容主要包括：

各子系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)原理結(jié)構(gòu)；

設(shè)備、軟件的使用；

維護(hù)規(guī)程及簡單故障判定排除。

面向管理人員的培訓(xùn)內(nèi)容主要包括：

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各子系統(tǒng)相互間的關(guān)系；

系統(tǒng)重要參數(shù)的設(shè)定和修改；