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#Tendances produits
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Une solution commerciale de cartographie par drone du PPK de Phantom 4
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Par Seven Zhao & Richard Pan,
Hi-Target International Group Limited
1 Contexte de la recherche
Auparavant, les gens devaient investir plus de 30 000 dollars pour acheter des drones professionnels et placer un grand nombre de points de contrôle sur le terrain afin d'obtenir des cartes précises et de bonne qualité. Cette situation est restée inchangée jusqu'à ce que DJI lance la série de drones commerciaux Phantom 4 avec antenne GNSS intégrée et caméras à cardan haute définition. Ce document propose une solution de cartographie de drones commerciaux de Phantom PPK pour réduire considérablement le nombre de points de contrôle, explique le déroulement des opérations, les méthodes de test et la manière dont les résultats permettent d'atteindre ce niveau de précision de la cartographie des drones.
2 Introduction
Le Phantom 4 RTK(P4R) est un drone de qualité grand public, technologiquement mature et rentable, très populaire sur le marché. Il est flexible, simple à utiliser et prend en charge la navigation RTK au niveau cm, ainsi que la synchronisation des microsecondes de la caméra et l'absence de calibrage par l'utilisateur. Il est particulièrement adapté à une utilisation dans les zones urbaines densément peuplées et les zones à topographie complexe.
Malgré l'existence d'une antenne GNSS RTK intégrée à bord, qui permet au système de pilotage automatique de marquer directement les coordonnées de positionnement et les facteurs de précision dans les attributs d'imagerie (EXIF) après avoir accédé aux sources différentielles du réseau NTRIP, la PPK (cinématique post-traitée, aucune connexion en temps réel entre la station de base et le drone n'est nécessaire.) est une méthode plus fiable pour éviter les interruptions de correction qui se produisent fréquemment dans les zones urbaines et les zones sans couverture de signal 4G. En outre, l'erreur GNSS corrigée est proportionnelle à la distance entre la station de base et le drone (ligne de base), de sorte qu'une base PPK placée à quelques centaines de mètres du drone fournit des fixations de position de qualité nettement supérieure par rapport à une station de base en réseau (NTRIP CORS) potentiellement distante de quelques kilomètres.
La solution de cartographie PPK de Phantom 4 se compose des trois éléments principaux suivants.
1) Plate-forme de drones
Il comprend le drone Phantom 4 RTK, une caméra à cardan, une télécommande, une batterie et des accessoires, qui est utilisé pour la collecte de données sur le terrain et l'enregistrement de données d'observation statiques brutes.
2) PPK Base au sol
Hi-Target inno1 Le RTK portable est utilisé pour fournir des données d'observation statiques brutes de base stables et fiables pour le traitement PPK. Il pourrait également fonctionner comme un rover RTK pour mesurer les points de contrôle sur place.
3) Logiciel de post-traitement PPK
PPK Go est un logiciel clé en main qui permet aux drones Phantom 4 d'obtenir les données de positionnement de caméra les plus précises et les plus fiables dans n'importe quel système de coordonnées sans cibles de mesure ni BPC. Avec une précision de 2 cm sur les dimensions X, Y, Z, le fichier texte de sortie contenant les informations de position ou les images géolocalisées peut ensuite être utilisé directement dans les principaux logiciels de cartographie photogrammétrique ou de modélisation 3D.
3 Validation de l'exactitude
Notre équipe a choisi un parc industriel dans un environnement urbain typique comme site du test réel afin de valider l'exactitude des résultats finaux. Le processus de test spécifique est divisé en trois parties, qui sont détaillées ci-dessous.
3.1 Mission sur le terrain
1) Acquisition des points de contrôle et planification des missions
Les points de contrôle sont utilisés pour améliorer la précision des modèles aériens. La densité et la distribution affectent l'ajustement de la triangulation aérienne et donc la précision des résultats finaux. Pour ce test, comme le montre la figure 4, huit points ont été placés uniformément à l'intérieur et à l'extérieur de la zone. P1, P3, P7 ont été prévus comme points de contrôle, et le reste comme points de vérification.
Les coordonnées des points P1 à P8 ont été acquises à l'aide de la RTK portable inno1 lorsque l'erreur de la solution fixe convergeait au niveau millimétrique. Chaque point a été observé indépendamment trente fois, et a pris la valeur moyenne comme résultat de la mesure. La distribution détaillée des points et leurs coordonnées mesurées sont indiquées respectivement dans la figure 3-1 et le tableau 1.
Notez que les points de contrôle P2, P4 et P6 se trouvent en dehors de la zone de vol. Nous voulions tester des situations d'arpentage non optimales.
2) Acquisition de données
Tout d'abord, installez la station de base sur le point connu, mesurez la hauteur de l'instrument, puis démarrez l'enregistrement statique à 1 Hz d'intervalle avant le vol.
La zone de cartographie a été sélectionnée dans l'application installée sur la télécommande et la mission a été planifiée en fonction des paramètres du tableau 2. Nous avons simultanément activé la fonction de géolocalisation RTK (NTRIP) pour comparer la différence de précision des modes RTK et PPK.
La mission de vol a duré environ 18 minutes et un total de 267 images ont été collectées, toutes géolocalisées en coordonnées fixes RTK.
3.2 Traitement PPK
Exécutez le logiciel de post-traitement PPK Go, créez de nouveaux projets et importez séparément les données de la station de base et du projet de vol. Le logiciel a automatiquement vérifié l'intégrité de l'ensemble de données et a fait correspondre l'imagerie, les observations brutes et le fichier d'horodatage dans le dossier.
Après avoir configuré l'ellipsoïde et la projection et entré les coordonnées connues de la station de base, il a cliqué sur le bouton "process" pour lancer le traitement. Le point de cheminement avec la solution fixe a été marqué en vert sur le graphique de l'interface.
Enfin, cliquez sur "Exporter" pour géolocaliser les coordonnées de haute précision traitées dans l'imagerie et les enregistrer comme un nouveau jeu de données.
3.3 Traitement des images et génération de DOM/DSM
À l'heure actuelle, il existe de nombreux types de logiciels de traitement des données d'images de drones, tels que Pix4Dmapper, MetaShape, Inpho, Context Capture, Dronedeploy, etc. Les fonctions des logiciels sont similaires. Les fonctions des logiciels sont similaires. En raison des différences dans leurs algorithmes, chacun a ses avantages. Ce projet de validation a utilisé le Pix4Dmapper pour le traitement des images, qui est un logiciel de traitement des données de drones et des images aériennes largement utilisé et entièrement automatisé. Il comprend trois étapes :
1) Traitement initial
Créer de nouveaux projets, importer des fichiers images, modifier les coordonnées et fournir un système de projection. Les informations de géolocalisation de chaque image sont automatiquement lues et affichées à partir du champ de propriété EXIF. Après avoir confirmé et effectué une initialisation rapide, le logiciel effectue automatiquement les étapes suivantes.
①Key extraction de points : Identifier des caractéristiques spécifiques comme points clés dans les images.
②Key correspondance des points : Trouvez les images qui ont les mêmes points clés et faites-les correspondre.
③Camera optimisation du modèle : Calibrer les paramètres internes (longueur focale...) et externes (orientation...) de l'appareil photo.
④Geolocation GPS/GCP : Localisez le modèle si des informations de géolocalisation sont fournies.
⑤Automatic Les points d'égalité sont créés au cours de cette étape. Ils constituent la base des étapes suivantes du traitement.
2) Nuage de points et maillage
Cette étape s'appuiera sur les points d'attache automatiques avec densification des points et maillage 3D texturé.
3) DSM, génération DOM
Une fois le traitement terminé, nous avons cliqué sur l'éditeur de mosaïques pour affiner l'image et achever la génération du modèle numérique de surface (MNS) et de l'orthophoto-carte numérique (ODM).
Les trois ensembles de données suivants ont été traités séparément, et enfin, trois ensembles de cartes DOM/DSM ont été générés :
a. Données RTK NTRIP géolocalisées, sans GCP.
b. Données PPK, pas de BPC.
c. Les données RTK NTRIP géolocalisées, P1, P3, P7 ont fonctionné comme des BPC.
4 Validation de l'exactitude
Une fois les données traitées, nous avons interrogé les coordonnées de chaque point de contrôle sur la carte et les avons ensuite comparées aux coordonnées correspondantes mesurées par RTK pour calculer les écarts dX, dY, dZ
dS est l'erreur quadratique moyenne ponctuelle qui est calculée en fonction des dimensions dX et dY. La formule de calcul se réfère à la formule 4-1, dans laquelle dS est l'erreur quadratique moyenne au point de contrôle, Δi est l'écart des composantes de coordonnées, n est le nombre de points pour la précision de l'évaluation, et les unités sont des mètres.
La précision horizontale de la NTRIP RTK et de la PPK est de 5 cm sans correction du point de contrôle, ce qui est la précision idéale pour le levé topographique. Dans la dimension d'élévation, la précision RTK doit être corrigée avec un petit nombre de points de contrôle pour atteindre le même niveau que la PPK. La précision de l'élévation est plus sensible à la correction des points de contrôle par rapport à celle de l'horizontale. Si l'on tient compte de la RTK NTRIP qui peut être affectée par la qualité de la communication et l'environnement de travail, la PPK permet une optimisation de la précision plus fiable et plus stable et dépend moins des points de contrôle.
La précision des points P4 et P6 est moins bonne que celle des autres, tant en mode RTK que PPK. Et lorsqu'elle est corrigée par le point de contrôle, sa précision est grandement améliorée. Pour les points situés en dehors de la zone de couverture de l'itinéraire, leur précision est relativement faible ; dans la condition de BPC zéro, il est nécessaire d'optimiser en élargissant de manière appropriée la zone de l'itinéraire ou en plaçant un petit nombre de points de contrôle.
5 Conclusion
La solution Phantom PPK offre une précision constante jusqu'à 5 cm ou moins (selon la GSD) sur l'ensemble de l'enquête. Par rapport à la méthode traditionnelle de cartographie par drone, elle réduit considérablement la dépendance aux points de contrôle, allège la charge de travail du travail sur le terrain, améliore à la fois l'efficacité et la sécurité, et fournit une solution commerciale fiable et rentable pour la cartographie par drone.
Références
[1] Liu Jianguo. Recherche sur la méthode de production des produits de topographie et de cartographie basés sur les drones DJI [J]. Smart City, 2019(18).
[2] Guo, S.M. Étude de cartographie à grande échelle et de modélisation tridimensionnelle basée sur des photographies aériennes prises par des drones [D]. 2017.
[3] Zhang Wei, Fu Ling, Chen Xiaosong. Application de la cartographie topographique au 1:500 basée sur la photographie de drones [J]. Cartographie de Pékin, 2017(S1):132-135.
[4] Jiang Lili, Gao Tianghong, Bai Min. Application de la technologie de traitement d'image par drone à la cartographie de base à grande échelle et à l'ingénierie topographique [J]. Cartographie et information géographique spatiale, 2013(07):184-186.
5] Administration générale de la supervision de la qualité, de l'inspection et de la quarantaine de la République populaire de Chine, Comité national chinois d'administration de la normalisation. GB/T 7930-2008 1:500 1:1000 1:2000 Norme interne pour la photogrammétrie aérienne de la topographie [S]. Pékin : China Standards Press, 2008.
[6] Zhu S. F., Yang L., Peng A. Phantom 4 RTK accuracy analysis in 1:500 topographic map mapping [J]. Jiangxi Building Materials, 2019(8).
