飛馬智能航測(cè)/遙感/偵察系統(tǒng)D2000（以下簡(jiǎn)稱D2000）是飛馬全新研發(fā)的一款小型、長(zhǎng)航時(shí)但同時(shí)滿足高精度測(cè)繪、遙感及視頻應(yīng)用的多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，可搭載航測(cè)模塊、傾斜模塊、可見光視頻模塊、熱紅外視頻模塊、熱紅外遙感模塊等，具備多源數(shù)據(jù)獲取能力。D2000自2020年面世以來便引發(fā)行業(yè)市場(chǎng)的廣泛熱情，在房地一體化等項(xiàng)目領(lǐng)域開啟應(yīng)用“加速度”。

飛馬機(jī)器人秉承持續(xù)創(chuàng)新的理念，嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)不斷立足產(chǎn)品全鏈路做精細(xì)設(shè)計(jì)，憑借全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、充分模塊化設(shè)計(jì)、高技術(shù)集成度的產(chǎn)品特色保證了無人機(jī)平臺(tái)與載荷的靈活適配與擴(kuò)展，以及整體解決方案的架構(gòu)與輸出能力。

隨著D2000受眾的日趨廣泛，其免像控應(yīng)用實(shí)力也得到了日益凸顯。本文將重點(diǎn)圍繞D2000平臺(tái)及航測(cè)、傾斜模塊的全鏈路設(shè)計(jì)理念展開，詳細(xì)介紹決定免像控應(yīng)用各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、航線設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用效率、應(yīng)用案例與檢定報(bào)告，展現(xiàn)飛馬D2000在航測(cè)領(lǐng)域的全面特點(diǎn)。

本文是飛馬D2000免像控應(yīng)用解密的平臺(tái)載荷篇，重點(diǎn)介紹D2000平臺(tái)及其航測(cè)、傾斜模塊設(shè)計(jì)與選型思路，總結(jié)了3型載荷的總體參數(shù)，并附由國(guó)家測(cè)繪地理信息計(jì)量站出具的檢定證書。

飛馬機(jī)器人在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上一貫堅(jiān)持充分模塊化、高度可擴(kuò)展，在打造產(chǎn)品矩陣的同時(shí)，也達(dá)成了單平臺(tái)的載荷矩陣化。D2000的航測(cè)載荷矩陣分為航測(cè)模塊與傾斜模塊兩類。其中，航測(cè)模塊包含D-CAM2000（約2400萬(wàn)像素）、D-CAM3000（約6100萬(wàn)像素），支持正射與傾斜兩種作業(yè)模式；傾斜模塊為D-OP3000（約5×2400萬(wàn)像素）。

縱觀行業(yè)無人機(jī)市場(chǎng)，航測(cè)載荷與無人機(jī)平臺(tái)的掛載方式通常有兩種：剛性固聯(lián)或配套云臺(tái)。飛馬D2000兼而有之：航測(cè)模塊D-CAM2000與傾斜模塊D-OP3000采取平臺(tái)固聯(lián)方式；航測(cè)模塊D-CAM3000配有單軸云臺(tái)。

一、安裝設(shè)計(jì)

1、采取剛性固聯(lián)的D-CAM2000與D-OP3000

熟悉D2000的行業(yè)用戶一定對(duì)其載荷安裝面的傾斜設(shè)計(jì)印象深刻（如下圖所示），而這與旋翼飛行時(shí)的俯仰姿態(tài)密不可分。眾所周知，數(shù)字航空攝影測(cè)量生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)范開展。數(shù)字航測(cè)按流程可分為航空攝影、控制測(cè)量、空中三角測(cè)量、測(cè)圖四個(gè)階段，其標(biāo)準(zhǔn)體系亦據(jù)此構(gòu)建。D2000的傾斜安裝面設(shè)計(jì)正是為了抵消旋翼飛行時(shí)的姿態(tài)變化，保證每攝站所獲影像的像片傾斜角滿足一定要求，進(jìn)而保證其立體測(cè)圖生產(chǎn)應(yīng)用。

針對(duì)D2000平臺(tái)安裝面的結(jié)構(gòu)仰角設(shè)計(jì)，飛馬聯(lián)動(dòng)了結(jié)構(gòu)、飛控、后處理、測(cè)試、行業(yè)應(yīng)用等多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，基于多個(gè)空對(duì)地檢校場(chǎng)開展了大量差異化環(huán)境條件下的數(shù)據(jù)獲取，并嚴(yán)格依據(jù)免像控空三精度、立體測(cè)圖相關(guān)規(guī)范開展生產(chǎn)內(nèi)測(cè)最終綜合而得。此外，在任務(wù)航線的每個(gè)攝站點(diǎn)，飛控均采取了精確的瞬間姿態(tài)控制回調(diào)，確保了D2000在免云臺(tái)剛性固聯(lián)的組裝方式下實(shí)現(xiàn)各攝站近似垂直攝影。

此外，約2400萬(wàn)像素的單攝D-CAM2000亦可支持基于交叉航線（旁向重疊率更高）的傾斜模式，服務(wù)三維成果應(yīng)用。當(dāng)其用于傾斜攝影時(shí)，用戶可對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)便調(diào)節(jié)，達(dá)成固定的設(shè)計(jì)傾角。

2. 配有單軸云臺(tái)的D-CAM3000

不同于D-CAM2000與D-OP3000的剛性固聯(lián)，D-CAM3000采取單軸云臺(tái)實(shí)現(xiàn)航攝過程中的正射成像或傾斜攝影，其云臺(tái)角度的切換與航攝設(shè)置耦合，由飛控控制實(shí)現(xiàn)。

D-CAM3000的單軸云臺(tái)在航線俯仰角上可以得到有效控制，最大程度保證攝站的航向重疊度與成像瞬間的近似垂直攝影，適用于基于單相機(jī)正射的立體測(cè)圖應(yīng)用。

二、傾角設(shè)計(jì)
當(dāng)進(jìn)行傾斜攝影應(yīng)用時(shí)，航攝儀傾角是一項(xiàng)非常重要的設(shè)計(jì)確認(rèn)。
無論是D-CAM2000/D-CAM3000的單攝傾斜，還是D-OP3000的五目?jī)A斜，D2000均進(jìn)行了理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。在理論層面上，傾斜相機(jī)的主光軸傾斜角度應(yīng)根據(jù)傾斜影像中心點(diǎn)（GSDmid）、近地點(diǎn)（GSDtop）與遠(yuǎn)地點(diǎn)（GSDbutton）的相應(yīng)分辨率要求計(jì)算得出，依據(jù)公式如下：

式中，H為攝影航高，單位為m；f為攝影鏡頭焦距，單位為mm；GSD為地面分辨率，單位為m；α為像元尺寸，單位為mm；Ay為相機(jī)傾角；By為半倍視場(chǎng)角。傾斜影像的幾何關(guān)系如圖7所示。

通常情況下，具有下視相機(jī)的傾斜相機(jī)，傾斜影像的遠(yuǎn)點(diǎn)分辨率不宜超過垂直分辨率的3倍；不具有下視相機(jī)的傾斜相機(jī)，一般傾斜影像的遠(yuǎn)點(diǎn)分辨率不宜超過近點(diǎn)分辨率的3倍。

基于以上理論依據(jù)，D-OP3000的斜視采取45°傾角，D-CAM2000與D-CAM3000的傾斜模式均采用40°傾角。

三、鏡頭選型

飛馬在D2000航測(cè)模塊與傾斜模塊的鏡頭選型方面，重點(diǎn)關(guān)注高分辨率、低光學(xué)畸變、高照度均勻性三個(gè)指標(biāo)。光學(xué)鏡片材料采用進(jìn)口ED低色散玻璃、納米級(jí)鍍膜工藝，降低鏡頭的色差與紫邊；每個(gè)鏡片都經(jīng)過嚴(yán)格的亞斯檢測(cè)和同心度檢測(cè)，控制成像的邊角模糊；采用高精度裝調(diào)檢測(cè)工藝，所有裝配環(huán)節(jié)均通過超聲設(shè)備保證鏡片潔凈度。

在分辨率方面，飛馬著重關(guān)注鏡頭高分辨率成像的MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）。MTF成像曲線圖由鏡頭生產(chǎn)廠家在極為客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試環(huán)境下測(cè)得并對(duì)外公布，是鏡頭成像品質(zhì)最權(quán)威、最客觀的技術(shù)參考依據(jù)。飛馬D2000載荷所選用的鏡頭樣本經(jīng)國(guó)家測(cè)繪地理信息計(jì)量站檢定，光學(xué)分辨率可達(dá)228lp/mm~256lp/mm。

在光學(xué)畸變方面，飛馬著重低畸變鏡頭的選型與光學(xué)檢校的自主能力建設(shè)。光學(xué)畸變差，表征像點(diǎn)偏離其理想位置的點(diǎn)位誤差，是影響成像幾何質(zhì)量最重要的因素之一。在航測(cè)生產(chǎn)應(yīng)用中，鏡頭的徑向畸變影響顯著高于其切向畸變。飛馬所選用鏡頭在光學(xué)設(shè)計(jì)方面嚴(yán)格采取低畸變?cè)O(shè)計(jì)，鏡頭樣本經(jīng)國(guó)家測(cè)繪地理信息計(jì)量站檢定，徑向畸變介于0.12pixel~0.22pixel，顯著優(yōu)于航攝儀檢定規(guī)程所要求的改正后殘差的中誤差小于1/3像素。

在照度均勻性方面，飛馬著重鏡頭的高照度均勻性和邊緣照度控制。在光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)上，注重對(duì)漸暈效應(yīng)的控制，鏡頭邊緣相對(duì)照度在70%以上。較高的鏡頭照度均勻性，保證了圖像的灰度均勻性，有利于后期圖像處理。

針對(duì)D2000選用的載荷鏡頭，我們從若干批次鏡頭中隨機(jī)挑選了6個(gè)鏡頭和數(shù)字后背交由國(guó)家測(cè)繪地理信息計(jì)量站進(jìn)行檢定。該計(jì)量站是我國(guó)測(cè)繪地理信息行業(yè)惟一獲得國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局（國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局）授權(quán)進(jìn)行進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)測(cè)繪儀器型式鑒定（型式評(píng)價(jià)試驗(yàn)）和檢測(cè)/測(cè)試的國(guó)家級(jí)質(zhì)檢技術(shù)機(jī)構(gòu)。下圖為檢定結(jié)果的示例。

四、載荷參數(shù)

D-CAM2000、D-CAM3000及D-OP3000載荷參數(shù)見下表，其中D-OP3000針對(duì)V系列（V100、V200、V300）無人機(jī)平臺(tái)進(jìn)行了適配，用戶可以使用專用轉(zhuǎn)接配件，將D-OP3000掛載到V系列無人機(jī)上開展作業(yè)。

五、檢定證書

國(guó)家測(cè)繪地理信息計(jì)量站是我國(guó)測(cè)繪地理信息行業(yè)惟一獲得國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局（國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局）授權(quán)進(jìn)行進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)測(cè)繪儀器型式鑒定（型式評(píng)價(jià)試驗(yàn)）和檢測(cè)/測(cè)試的國(guó)家級(jí)質(zhì)檢技術(shù)機(jī)構(gòu)，擁有“國(guó)家質(zhì)檢總局計(jì)量檢測(cè)授權(quán)”、“國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督評(píng)審委員會(huì)計(jì)量認(rèn)證”和“國(guó)家質(zhì)檢總局計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核”等三大類國(guó)家級(jí)授權(quán)。

國(guó)家測(cè)繪地理信息計(jì)量站是集計(jì)量檢定/校準(zhǔn)、檢測(cè)測(cè)試、型式評(píng)價(jià)、測(cè)繪計(jì)量科學(xué)研究及技術(shù)服務(wù)為一體的國(guó)家級(jí)綜合性計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)。主持或參與完成國(guó)家和行業(yè)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)制、修訂項(xiàng)目30多項(xiàng)。主要從事包括全站儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和和GNSS接收機(jī)等傳統(tǒng)測(cè)繪儀器，數(shù)字航攝儀、無人機(jī)航攝系統(tǒng)、車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、機(jī)載LiDAR、SAR等新型測(cè)繪儀器裝備檢測(cè)及軟件測(cè)評(píng)等工作。

近年來，數(shù)字航攝儀產(chǎn)品種類繁多、性能各異，良莠不齊，為了加強(qiáng)數(shù)字航攝儀質(zhì)量控制與管理，保證量值溯源的準(zhǔn)確可靠，國(guó)家測(cè)繪地理信息局編制并發(fā)布了《中華人民共和國(guó)測(cè)繪地理信息計(jì)量檢定規(guī)程JJG（測(cè)繪）3401-2016》，為數(shù)字航攝儀的計(jì)量檢定、質(zhì)量評(píng)判和市場(chǎng)準(zhǔn)入提供技術(shù)支撐。該檢定規(guī)程對(duì)加強(qiáng)數(shù)字航攝儀質(zhì)量控制與管理，保證量值溯源的準(zhǔn)確可靠，推進(jìn)我國(guó)數(shù)字航攝儀產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的逐步構(gòu)建，有序指導(dǎo)我國(guó)數(shù)字航攝儀產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作，提高我國(guó)數(shù)字航攝儀產(chǎn)品的應(yīng)用和效益具有重要意義。

飛馬機(jī)器人持續(xù)立足航測(cè)遙感領(lǐng)域深耕，不斷打造產(chǎn)品矩陣各環(huán)節(jié)的核心競(jìng)爭(zhēng)力與專業(yè)縱深，追求無差異化的標(biāo)準(zhǔn)量產(chǎn)產(chǎn)品。下圖是飛馬D2000所選配的D-CAM2000、D-OP3000實(shí)驗(yàn)室檢定證書，我們正在推進(jìn)這些航攝儀和平臺(tái)后續(xù)的空對(duì)地檢定過程，加強(qiáng)對(duì)自身產(chǎn)品的國(guó)家專業(yè)檢定、檢測(cè)。