無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

劉占利

摘 要：本文對(duì)無(wú)人機(jī)高空航拍這一新型的攝影技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并指出了其在工程測(cè)量測(cè)繪中的應(yīng)用的現(xiàn)狀及前景，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)的人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)技術(shù)；航拍；工程測(cè)量；測(cè)繪

中圖分類(lèi)號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的技術(shù)概述

1.1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)

無(wú)人機(jī)技術(shù)的使用能夠在短的時(shí)間內(nèi)，取得全面、真實(shí)、準(zhǔn)確可靠的測(cè)繪信息，解決當(dāng)前工程測(cè)量中小面積低空攝影存在的問(wèn)題。無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)在工程中的操作步驟主要有野外像控點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量、取得測(cè)區(qū)影像數(shù)據(jù)、內(nèi)業(yè)空三加密以及數(shù)字測(cè)圖這3個(gè)方面。在這3個(gè)方面中，內(nèi)業(yè)空三加密是最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)主要是對(duì)影像、記錄影像大地的坐標(biāo)以及3個(gè)角元素文件、DEM數(shù)據(jù)、各種坐標(biāo)等資料進(jìn)行加密處理并將其輸出，之所以重要是因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)是后期進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖的依據(jù)。

1.2 無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)的系統(tǒng)組成

（1）遙感信息采集系統(tǒng)

①無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)主要是將無(wú)人機(jī)與航空數(shù)碼相機(jī)結(jié)合而成的，借助這一平臺(tái)就可以使用IMU（慣性測(cè)量）/GPS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)實(shí)進(jìn)行航空攝影。遙感信息采集系統(tǒng)和遙感信息處理系統(tǒng)這兩部分是無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪系統(tǒng)中最為常見(jiàn)也是最主要的組成部分。

②飛行控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要是科學(xué)地利用定位導(dǎo)航技術(shù)獲取位置信息，以便對(duì)無(wú)人機(jī)的加速度計(jì)、陀螺等位置進(jìn)行確定，之后經(jīng)過(guò)必要的工作流程對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控，從而更好地完成測(cè)繪信息采集的任務(wù)。

③地面監(jiān)控系統(tǒng)，主要由全向天線、監(jiān)控軟件、供電系統(tǒng)、便攜式計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，具體來(lái)說(shuō)是連接機(jī)載飛控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的信息傳遞。

（2）遙感信息處理系統(tǒng)

①對(duì)遙感像片以及任務(wù)航攝的規(guī)范表、相機(jī)檢定參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行整合與處理。

②空中三角測(cè)量系統(tǒng)的作用主要是融合已經(jīng)提前規(guī)劃好的航帶列表，并確定這些行列表之間的關(guān)系。

③對(duì)影像進(jìn)行內(nèi)定向，通過(guò)布局影像間連接點(diǎn)、量測(cè)像控點(diǎn)、自動(dòng)空三加密平差計(jì)算，從而建立更為完整的三維立體模型，實(shí)現(xiàn)定向和核線影像生成。

④三維建模系統(tǒng)，通過(guò)將測(cè)繪技術(shù)得到的地形信息以及數(shù)據(jù)分析與處理的結(jié)果輸入到三維建模系統(tǒng)中去可以將地形三維虛擬化，并使其可視化。

2.無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)在工程測(cè)量測(cè)繪中的應(yīng)用

在工程中利用無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要先對(duì)需要測(cè)量的區(qū)域進(jìn)行劃分和界定，同時(shí)在無(wú)人機(jī)起降點(diǎn)預(yù)留足夠的空間供無(wú)人機(jī)起飛和降落使用，只有做好了這些準(zhǔn)備工作，后續(xù)的測(cè)量工作才能順利開(kāi)展，測(cè)量的結(jié)果的準(zhǔn)確性才能夠有所保障。

2.1 規(guī)劃航線與測(cè)量范圍

一般情況下，無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間都不會(huì)超過(guò)1h，再加上無(wú)人機(jī)的起飛和降落的時(shí)間，留給拍攝的時(shí)間不會(huì)超過(guò)50min，因此，必須要控制好航拍時(shí)間，防止無(wú)人機(jī)因能源耗盡發(fā)生墜機(jī)事故。在保證拍攝質(zhì)量的情況下，想要將拍攝時(shí)間控制在50min內(nèi)就必須要規(guī)劃好航線。同時(shí)，為了航拍數(shù)據(jù)的完整與測(cè)量結(jié)果的全面、準(zhǔn)確，需要對(duì)整個(gè)工程區(qū)域內(nèi)需要進(jìn)行測(cè)繪的地區(qū)進(jìn)行規(guī)劃。在當(dāng)前的工程中，最常見(jiàn)的方法是將需要進(jìn)行測(cè)繪的區(qū)域劃分為兩邊等距的、長(zhǎng)條狀的小型區(qū)域，并在劃分后的區(qū)域的4個(gè)角上分別放置特定的標(biāo)記，然后再根據(jù)工程中選用的無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間、航行距離以及飛行速度等因素規(guī)劃整個(gè)航拍的路線，設(shè)計(jì)航拍的流程。

2.2 建立測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)

為了能將測(cè)量測(cè)繪工作進(jìn)一步細(xì)化，需要建立測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)。以前，某市的電力工程中曾用到了無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)。首先需要根據(jù)測(cè)量得到地圖的規(guī)格建立規(guī)模與之相當(dāng)?shù)目刂凭W(wǎng)，并在該控制網(wǎng)的涵蓋范圍內(nèi)設(shè)置好GPS坐標(biāo)點(diǎn)，以此為依據(jù)建立三維坐標(biāo)系，將該區(qū)域中各個(gè)點(diǎn)的方位用坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)點(diǎn)表示出來(lái)，從而降低后期的數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度。在這個(gè)過(guò)程中必須要注意的是核對(duì)好各點(diǎn)的坐標(biāo)，確保無(wú)人機(jī)航路的正確合理，從而提高航拍的效率。

2.3 無(wú)人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)處理

無(wú)人機(jī)航攝影像數(shù)據(jù)處理的完整流程，如圖1所示。

（1）影像比例糾正（CCD畸變系數(shù)β）

與影像的坐標(biāo)不同，相機(jī)坐標(biāo)測(cè)量需要提前糾正影像的畸變差。而需要進(jìn)行糾正的相關(guān)參數(shù)包括主點(diǎn)坐標(biāo)（I0，J0），對(duì)稱畸變的參數(shù)（K1，K2），非對(duì)稱畸變的參數(shù)（P1，P2），CCD非正方形比例系數(shù)α以及CCD非正交性畸變系數(shù)β。

（2）DEM數(shù)據(jù)匹配（正射影像）

生成測(cè)區(qū)地表的DEM是模型實(shí)現(xiàn)DOM的基礎(chǔ)，該影像處理流程如圖2所示。

通過(guò)對(duì)該模型進(jìn)行正射投影，即可實(shí)現(xiàn)DOM。就目前來(lái)看，在這一環(huán)節(jié)的處理中PixelGrid軟件是應(yīng)用最為廣泛的處理軟件。由于PixelGrid軟件能夠自動(dòng)進(jìn)行采集與匹配那些擁有多模型、多重疊特征的DEM柵格數(shù)據(jù)，能夠有效地確保測(cè)區(qū)上方DEM點(diǎn)位全部切準(zhǔn)地面的特性?？睖y(cè)單位可以將一個(gè)測(cè)區(qū)作為一個(gè)單位，這樣創(chuàng)建的像對(duì)正射影像，就是整測(cè)區(qū)像片生成正射影像，這也是該軟件應(yīng)用如此廣泛的重要因素之一。

結(jié)語(yǔ)

綜合以上論述，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)是一種借助無(wú)人機(jī)，對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行全方位航空拍攝，獲取該區(qū)域的地形信息從而達(dá)到測(cè)量目的，為后續(xù)的測(cè)繪工作提供可靠的數(shù)據(jù)信息支持的新型測(cè)量技術(shù)。相比較傳統(tǒng)的航拍測(cè)量技術(shù)，無(wú)人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)更加迅速、準(zhǔn)確、成本更低、靈活性更好、安全性更高。基于這些優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)在今后工程測(cè)量中會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳智.淺議無(wú)人機(jī)航拍的應(yīng)用[J].時(shí)代金融，2016（5X）：210-211.