無人機(jī)航攝技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083）

摘要：無人機(jī)航攝技術(shù)以其機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、成本低等特點(diǎn)，自引入測(cè)繪領(lǐng)域后得到廣泛應(yīng)用。本文在介紹無人機(jī)航攝技術(shù)的基礎(chǔ)上，從國土測(cè)繪、三維數(shù)字城市建設(shè)等方面對(duì)其在測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用展開論述，并提出目前存在的問題。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航攝技術(shù)；航攝系統(tǒng)；國土測(cè)繪；數(shù)字城市

中圖分類號(hào)：V279+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）13-0075-02

無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫UAV），是一種有動(dòng)力、可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛航空器。該設(shè)備不依賴機(jī)場(chǎng)起降，飛行航高較低，一般在2000米以下，自帶自動(dòng)駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備，在地面、艦艇或遙控站人員的操縱下利用數(shù)碼相機(jī)作為傳感器進(jìn)行航空攝影測(cè)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)以其使用靈活、生存概率高、機(jī)載配置多樣化、滯空時(shí)間長(zhǎng)、操作靈活、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、以及適應(yīng)各種天氣、起飛場(chǎng)所的優(yōu)勢(shì)在應(yīng)急、小面積、特殊地區(qū)航攝等方面獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

一、無人機(jī)航攝技術(shù)

無人機(jī)航攝技術(shù)是綜合無人駕駛飛行器、遙感傳感器、遙測(cè)遙控、通訊、GPS差分定位技術(shù)以快速獲取具有外方位元素的航空像片的技術(shù)。無人機(jī)航攝系統(tǒng)主要由飛行平臺(tái)、航拍系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、影像處理系統(tǒng)組成，是以無人機(jī)為飛行平臺(tái)，利用高分辨率數(shù)碼相機(jī)、空中和地面控制系統(tǒng)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)航跡規(guī)劃與監(jiān)控，影像的自動(dòng)拍攝、獲取、傳輸預(yù)處理等功能的低空航攝遙感系統(tǒng)。隨著無人機(jī)裝備的發(fā)展和服務(wù)隊(duì)伍的建設(shè)，無人機(jī)測(cè)航攝技術(shù)已成為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、應(yīng)急救災(zāi)、突發(fā)事件處置、數(shù)字城市建設(shè)等一系列國家重大需求中獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要手段。

二、測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用

低空無人機(jī)航攝技術(shù)能快速、高效地獲取常規(guī)航空攝影困難地區(qū)的高精度航空影像，對(duì)提高測(cè)繪成果現(xiàn)勢(shì)性、測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)能力具有極大的作用。另外，目前無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件可以快速提取高精度無人機(jī)數(shù)據(jù)上資源遙感監(jiān)測(cè)、數(shù)字城市規(guī)劃建設(shè)、應(yīng)急救災(zāi)、農(nóng)林估產(chǎn)等各個(gè)方面的專題數(shù)據(jù)，對(duì)促進(jìn)我國各行各業(yè)的測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用，總結(jié)如下：

1.國土測(cè)繪。無人機(jī)航攝系統(tǒng)還能用于大比例尺土地利用圖測(cè)制、地形圖修測(cè)和補(bǔ)漏數(shù)據(jù)的獲取。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，利用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)航攝獲取的影像清晰、分辨率高，利用控制點(diǎn)進(jìn)行空中三角測(cè)量，測(cè)圖精度能達(dá)到1∶2000比例尺地形圖成圖要求。

2.三維數(shù)字城市建設(shè)。無人機(jī)航攝系統(tǒng)獲取的影像上建筑物、道路等地物邊界清晰，且搭載高光譜、激光雷達(dá)等新型傳感器能獲取豐富的地物光譜、高度信息，所采集的圖像數(shù)據(jù)不僅具有高空間分辨率還有高光譜分辨率，利用點(diǎn)云還可以快速方便地獲取城市的地物光譜、地形等信息，特別適合城市三維建模。

3.小城鎮(zhèn)規(guī)劃。小城鎮(zhèn)規(guī)劃需要高精度空間信息源，特別是處于邊遠(yuǎn)地區(qū)的小城鎮(zhèn)，面積小、房屋分布散，采用常規(guī)航空攝影耗費(fèi)高，采用人工測(cè)量困難多，采用超輕型飛機(jī)姿態(tài)難控制，而無人機(jī)航攝系統(tǒng)以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可為1∶2000，1∶5000，1∶10000規(guī)劃圖提供經(jīng)濟(jì)快速的數(shù)據(jù)源。

4.應(yīng)急救災(zāi)。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，無人機(jī)航攝可以通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、地面同步數(shù)據(jù)處理，將無人機(jī)數(shù)據(jù)快速拼接和精確校正，獲得數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型等災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)第一手調(diào)查數(shù)據(jù)，為地面災(zāi)情解譯提供豐富信息。

5.森林資源監(jiān)測(cè)。根據(jù)無人機(jī)遙感特點(diǎn)，結(jié)合GIS、GPS，以森林資源二類調(diào)查項(xiàng)目為例，無人機(jī)航攝技術(shù)在森林調(diào)查、森林精確區(qū)劃調(diào)查和病蟲害監(jiān)測(cè)中的有良好應(yīng)用前景。

6.水利行業(yè)。無人機(jī)數(shù)據(jù)真實(shí)、直觀地反應(yīng)了水利工程建設(shè)期所造成的地形地貌變化，可從中解譯出水資源強(qiáng)度及分布情況，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)大型水庫和堤防工程的建設(shè)施工情況。

三、存在的問題

盡管無人機(jī)航攝技術(shù)與現(xiàn)代的測(cè)繪技術(shù)聯(lián)系在一起時(shí)能更加地突出它的優(yōu)點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)還面臨著一些很重要的技術(shù)難題。

無人機(jī)在測(cè)繪領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，特別是處理一些突發(fā)事件時(shí)，大多是在山區(qū)或者是高原地區(qū)。為應(yīng)對(duì)氣流、天氣對(duì)低空作業(yè)的影響，一方面需提高無人機(jī)航攝系統(tǒng)的抗風(fēng)性能，另一方面還需具備良好地形條件的起降場(chǎng)地。然而，為提高抗風(fēng)能力，一般需增加無人機(jī)自身的重量。這樣一來，為完成大面積的航攝任務(wù)，航攝系統(tǒng)元器件特別是電池的損耗速度加快了，勢(shì)必要增加起降次數(shù)。而為滿足遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需要，還需要增加數(shù)據(jù)獲取的頻次。因此，如何改善無人機(jī)的起降技術(shù)和抗風(fēng)性能，是無人機(jī)應(yīng)用于測(cè)繪需要解決的關(guān)鍵問題之一。

為適用于更多的遙感應(yīng)用，如定量分析遙感中分析森林植被健康狀況長(zhǎng)勢(shì)、耕地的土壤含水量、重金屬含量等，需要設(shè)計(jì)并研發(fā)無人機(jī)搭載的專用傳感器，并充分利用無人機(jī)有限荷載進(jìn)行航空攝影測(cè)量。在利用攝影比例尺、重疊度等參數(shù)進(jìn)行飛行控制時(shí)，如何使獲取的數(shù)據(jù)達(dá)到測(cè)繪規(guī)范要求，還有待進(jìn)一步的解決。

四、結(jié)語

無人機(jī)航攝技術(shù)已經(jīng)成為提高測(cè)繪成果現(xiàn)勢(shì)性的快速手段，為加快數(shù)字城市建設(shè)，提升社會(huì)管理效能提供了新工具。隨著測(cè)繪無人機(jī)技術(shù)在航攝精度、高分辨率影像獲取、信息和數(shù)據(jù)傳輸、測(cè)繪安全性等方面的進(jìn)一步提高及完善，我們有理由相信，在不久的將來，無人機(jī)航攝技術(shù)的發(fā)展將會(huì)帶來繼GPS技術(shù)后的第二次測(cè)繪技術(shù)革新。

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基金項(xiàng)目：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）2014課程建設(shè)與教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目（k140205）；中國礦業(yè)大學(xué)（北京）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（C201602044）

作者簡(jiǎn)介：易俐娜（1986-），女（漢族），湖北云夢(mèng)人，博士，講師，研究方向：高分辨率遙感影像信息提取、攝影測(cè)量。