基于互联网的无人机众源采集协作平台初探

刘斌， 潘昀

（广东南方数码科技股份有限公司）

1 引言

城市测绘是我国测绘事业的核心组成部分，为城市规划建设管理提供了不可或缺的支撑和保障，同时也是智慧城市和数字孪生建设的重要基础性工作[1]。随着技术的发展，无人机倾斜摄影测量技术成为较多应用在城市三维建模的主要技术[2]。它是一项地理信息采集与三维场景构建的测绘新技术，由其建立的实景三维模型，具有影像高精度、模型精细化、模型真实化的数据特点[3]。而地理信息作为智慧城市建设不可或缺的信息资源，其获取、汇聚、处理、分析和应用是测绘的核心任务，在城市发展规划中，能为城市实景三维建模提供新的技术方向，在助力城市整体空间数据的搭建上起到至关重要的作用[4]。

随着实景三维中国建设的推进，国内对大规模实景三维建模的需求呈井喷式爆发。倾斜摄影建模数据也逐渐成为城市空间数据的重要内容[5]。然而由于无人机飞行高度以及设备运用技术、摄影角度等方面的限制，使用倾斜摄影测量方法产出模型往往存在成本高、易产生遮挡、需要人工干预等一系列问题[6-7]。对此，Gaiani， M提出了针对计算机识别的影像预处理方法[8]。深圳大学优视摄影测量的无人机环绕飞行技术也为上述问题提供了解决思路和技术支持[9-10]。然而，此类方法对无人机操作有较高要求，执行效率较低，因而无法满足大规模、短时间完成任务的要求。另外，城市大比例尺地形图或者新型基础测绘，对更新频率的要求也越来越高，因此，如何在满足高精度分辨率的前提下，短时间内迅速完成一个城市甚至一个省的航飞任务，已成为当下基础测绘领域亟需解决的问题。在此背景下，本文初步设计了一个基于无人机众源数据采集协作平台，并对其可能涉及的风险以及相应的对策建议进行了探究，希望对利用无人机设备进行信息采集的流程优化工作提供参考。

2 众源采集协作平台初步设想

无人机倾斜摄影作业主要分为两部分，即外业数据获取和内业数据处理。本文的主要研究成果主要用于外业数据获取阶段。外业数据获取主要包括航摄前的资料收集，任务区勘察、控制点和检查点测量、无人机空域申请、航线规划和影像数据航飞等[11]。基于数据获取与收集任务的高时效要求，本文构建了一个基于互联网的无人机众源数据采集协作平台，将整个众源采集流程分为六步（见图1）。

图1 众源采集协作平台工作流程

2.1 网格划分

初步将城市划分为2km²×2km²的格网，目前倾斜摄影测量尚无统一技术标准及划分依据，此设定主要是基于高效的要求以及实际情况考量。专业的测绘无人机一天的平均采集面积在2km²～3km²[12]，那么4km²的格网，理论上在两天内即可采集完毕，另外根据项目工期进度要求，可以进一步细化或者扩大网格。

2.2 获取摄影权限

向测绘主管部门提出航飞申请，并去除城市中的涉密区域。确保将来对外发布的格网摄影任务都是合法合规的。

2.3 建立基于互联网的无人机众源采集协作网站

该网站具备任务发布、任务抢单、任务上传、任务审核、奖励发放等功能。另外，在后端基于云计算技术，构建具有云端三维建模功能和云存储功能的组件。

2.4 任务发布与任务抢单

基于格网的任务发布，能够将大规模的测量任务细化，每个任务的作业范围在4km²左右甚至更小，在作业人员充足的情况下，可以有效提高作业速度。其中，在作业员分类方面，本文设想将其分为两种类型。一类是面向有测量专业知识背景的作业员，这一类型作业员可能有自己的无人机、电脑设备和三维重建软件，具备相关设备的使用经验。对于这一类作业员，可以适当提高报酬，因为他们可以分担算力，解决进行大规模数据同步计算时，算力不足的问题。另外一类则是面向普通大众，这类型作业员有自己的无人机，爱好航空摄影，并且有闲暇时间，但是未接触过摄影测量相关知识。面向他们分配的任务，报酬则相对较低，因为他们只需要上传影像图即可，后续的空三和三维建模都由云端自动化技术完成（目前该技术也已成熟）。这部分作业员既解决了专业技术人员不足的问题，同时也在一定程度上降低了成本。平台可以根据任务难度对发布的任务进行分类，并设置相应的报酬金额，方便作业员根据自身情况进行抢单。

2.5 任务审核

由后台审核员对两类作业员上传的任务进行审核，审核通过后，发放对应的奖励报酬；审核不通过的，填写驳回理由，由作业员完善后再次上传。如在规定的时间内无法完成，则该任务将被重新发布，由下一名作业员继续完成。

2.6 奖励发放

在作业人员的账户内，有对应的奖励和报酬，这些奖励，可以提现，也可以用于在网站的商城内购买商品。

3 无人机众源采集协作平台存在的问题及建议

本文构建的无人机众源采集协作平台涵盖了无人机数据获取流程的各个方面，但仍然可能存在一定的风险，对此，我们提出了相应的对策建议。

1）规避法律风险

由于测绘涉密，因此无人机飞行需考虑空域，以及炸机后人员财产损失等因素，对此需要事先聘请一支专业的律师团队，起草相应的协议，以规避法律风险。另外，可以通过购买商业保险的方式，减少意外发生后的经济损失。

2）优化任务制定方法

影像图采集的工作不是千篇一律的，不同区域可能涉及不同的情况和难度。对此，一方面可以在任务发布时，冗余发布。即对于同一个格网，同时发布两个相同的任务，任务完成后，优选结果，选取更好的成果作为最终成果。这样既可以降低因作业人员对专业知识的缺乏带来的风险，又可以确保任务完整性和准确性。另一方面，对于时间紧迫的项目设置加急任务，在普通报酬的基础上给予额外奖励，以提高作业员积极性。

3）对作业人员进行分等定级

针对用户拍摄影像图的质量和效率难以保证的问题。首先，作业员完成注册后，需要完成视频学习的任务，待通过等级评定测试后，才可以获得领取与等级相对应的任务进行作业的权限，这样可以对作业员的基础水平进行初步的区分，以便于后续分配相对应难度的任务。其次，最初基础较差的作业员通过一定时间的工作，完成了一定数量的工作任务后，其作业水平将有所提高，此时可以通过完成进阶培训视频的学习，并重新参与等级评定测试，依据评定结果重新划分等级。后续工作员仍然可以通过完成的学习任务和测试，不断升级。这样的过程中，也使测量单位储备了大量的非编专业技术人员，当遇到紧急任务时，可以通过后台联系，使高等级工作人员组建成为测绘单位的外协队伍。

4）细化网格

考虑到作业员在影像图上传时可能受到网络带宽影响，为尽快完成任务，增强用户体验，可以根据实际情况，尽可能细化网格。影像图尺寸的缩小虽然将增加其数量，但是可以减少单位影像图所占用的存储空间，通过分批次上传的方式则可以提高上传速度，这样既保证了影像图的清晰度，又节省了影像图的上传时间。

5）明确变化发生的处理流程

对于影像图的更新需求，如果采取大规模重飞的方式，成本较高，对此可以采取以下方式：首先，对于疑似变化点的确定，一是可以通过AI的互联网信息抓取技术，抓取道路开通、项目竣工、项目落成等涉及变动的信息，提取出疑似变化点。二是可以通过后台将影像图与高德、百度、腾讯等互联网地图进行比对，若发现有变化，提取出疑似变化点。三是通过网站进行人工上报，若发现变化，提取出疑似变化点。其次，针对这些疑似变化点，可以先行发布手机移动端的举证任务（有偿，通常1元～5元），通过现场照片和文字举证，确认变化后，再发布无人机格网拍摄任务，重新获取正射影像和实景三维模型。

4 结语

实景三维中国建设是测绘与地理信息的重大变革[13]，它的全面推进，使测绘地理信息产业的发展迎来了机遇，同时，城市复杂场景也对实景三维的建设与更新带来了挑战。因此，传统基础测绘业务的转型升级，是测绘地理信息服务产业的发展方向和基本模式[14]，而能否高效、准确的完成数据采集任务成为了实景三维建设的基础问题。本文提出的初步构想，主要是为了解决传统航测项目任务集中，无法短时间完成的问题。同时，降低了无人机摄影测量门槛，使传统外业采集任务简单化、社会化，实现平民化测绘，即“人人都是测量师”，专业测绘单位则能够更加专注于内业处理。未来，如果该模式可以成型，那么无人机测绘的成本将进一步降低，精细化、全域化、实时化的实景三维城市将成为可能。