無人機航拍技術在工程測繪中的應用研究

冠英杰+戴璐迪+曹鎮(zhèn)洲

摘 要：隨著科學技術的不斷完善，工程測繪技術的發(fā)展逐漸趨于多元化方向，無人機航拍技術作為一種高科技現(xiàn)代化測量技術，其拍攝過程主要是利用影像傳感器通過空中飛行的方式實施拍攝，以此獲取航空遙感影像，并經(jīng)圖像處理技術實施處理分析后，進而達到土地測繪的目的。本文結合我國建設工程的發(fā)展情況，就無人航拍技術在工程測繪中的具體應用進行深入研究，具有一定的學術價值，以供讀者參考。

關鍵詞：工程測繪；無人航拍技術；應用研究

引言：項目工程建設初期，工程測繪任務的實施對于項目規(guī)劃與施工方案的選擇具有重要的指導意義，新時代的發(fā)展背景下，高科技無人機航拍技術對于現(xiàn)代工程測繪的應用，其對測繪數(shù)據(jù)信息的準確性與可靠性得到了大大的提高，是為一種機動靈活、快速響應、成本較低、精度極高的測繪技術，并在未來工程領域測繪技術發(fā)展中是為趨勢所在。

1.無人機技術與其在測繪方面的應用優(yōu)勢

隨著現(xiàn)代社會發(fā)展速度的加快，傳統(tǒng)信息技術的標準要求已無法滿足社會發(fā)展的需求，現(xiàn)代車站、機場與港口的建設對于地籍數(shù)據(jù)的要求更加詳細與嚴格。在此背景下，無人機航拍技術應用而生，該技術是集多種現(xiàn)代化手段為一體，主要包含無人飛行、遙感、全球定位以及通信等多種技術，其具有高自動、高智能以及高專業(yè)水準等特點，已被應用于眾多建設工程地理信息測繪與測量工作中。具體優(yōu)勢表現(xiàn)如下：

1.1監(jiān)測效率極高

如遇應急事件，無人機航拍能夠及時對監(jiān)測區(qū)域實施大范圍監(jiān)測，并將該區(qū)域圖像數(shù)據(jù)迅速生成。對于單臺無人機而言，其一周的監(jiān)測量最高可達約2100平方公里，大幅提升了監(jiān)測效率。

1.2應用范圍廣、宏觀性強

無人機航拍技術不僅可以實施高空間、大范圍的實時監(jiān)測，同時還可對近低空間與較小面積的區(qū)域進行精準監(jiān)測；除此之外，利用無人機遙感監(jiān)測，可實現(xiàn)多架、多次同時監(jiān)測上萬平方公里的區(qū)域，進而利用多光譜分析，便可獲得大面積測區(qū)范圍內的各項監(jiān)測信息，并將其與傳統(tǒng)點信息結合后，進而可以獲得整個監(jiān)測區(qū)域的完整信息。對于監(jiān)測區(qū)域具體情況的宏觀展示，利用三維仿真模擬技術便可實現(xiàn)，同時可為相關部門的決策提供參考與便利。

1.3處理效率高

相比于高分辨衛(wèi)星影像，無人機航拍影像的分辨率更高，其可精確至10～50cm范圍內，與此同時，無人機航拍對于數(shù)據(jù)采集速度更快，效率更高。

1.4周期性強

由于無人機航拍技術對于GIS及遙感應用系統(tǒng)集成方便，測量應用的搭建便捷快速，因此可以很好的保障測繪工作的周期性與綜合性。

2.無人機飛行平臺的技術指標分析

就目前情況而言，無人機測量平臺作業(yè)規(guī)范尚未健全，需要提升的空間較多，其中測繪單位當下的技術條件作為航測規(guī)范制定的主要依據(jù)，其具有較強的局限性。就無人機航拍而言，其以小于1000m為最佳航拍高度，屬于近地觀測平臺，同時在數(shù)碼相機成像設備上，無人機航拍技術的高分辨率與傳統(tǒng)航空攝影測量也具有很大的區(qū)別，在此狀況下，這就很難應用現(xiàn)有的攝影測量規(guī)范。以傳統(tǒng)航測作業(yè)準則來說，目前需要明確以下幾點參考指標：①控制飛行速度在50～100km/h范圍內；②發(fā)動機切勿安裝于飛機前進方向的前部，以免飛行過程中遭到湍流影響；③一旦發(fā)動機出現(xiàn)故障，必須確保飛機能夠采用滑翔的方式安全降落，且需控制飛行高度的變化相對于地面在5%以內；④控制相鄰攝站飛行高度的變化不宜大于5%；⑤調整航攝平臺的水平誤差在3°以內；⑥飛行速度的測量誤差不宜大于5%；⑦無人機偏離航線中的絕對誤差，不能高于相片旁向覆蓋區(qū)域的5%；⑧因發(fā)動機諧振而引起數(shù)碼相機產(chǎn)生振幅時，需控制振幅擺角在曝光時間內小于8.6″。

3. 無人機航拍技術在工程測繪中的應用

3.1航線規(guī)劃與測量范圍確定

一般而言，1h為無人機飛行極限時間，除去飛機起降消耗，其有效拍攝時間約為50min左右，因此，應嚴格控制無人機在空拍攝時間，以防因能源不足而導致墜機事故發(fā)生。為了保障飛機的有效拍攝時間，則需合理規(guī)劃拍攝航線，以此提高拍攝效率。

除此之外，為敢保證無人機能夠實施全面完整的航空測量任務，還需合理規(guī)劃待測工程的全境測繪區(qū)域?？梢越Y合實際需求，采用空中鳥瞰的方式，劃分待測區(qū)域成兩邊等距、長條狀形式，然后設置標志分別于該區(qū)域四角處，再根據(jù)無人機的飛行速度與續(xù)航能力將整個航拍的具體流程合理設計，以此指導航拍任務的實施。

3.2測量區(qū)域控制網(wǎng)建立

測量區(qū)域控制的的建立，其目的在于對工程測繪任務實施進一步細化測量，其具體實施過程為：結合測量所獲得的測區(qū)地域面積的大小，建立相應等級與規(guī)模的控制網(wǎng)絡，并設置GPS坐標點于該控制網(wǎng)區(qū)域內，進而可以實現(xiàn)坐標系的三維化處理，以此便可通過坐標的方式對該區(qū)域中的任一點實施具體表述，從而便于后期數(shù)據(jù)的處理。但是該過程的執(zhí)行，需要保證路線計算與坐標核對的準確性，以此確保工作質量滿足實際需求。

3.3測量數(shù)據(jù)的處理

外業(yè)飛行的工作完成后進行影像的優(yōu)化選擇，結合GPS導航數(shù)據(jù)與快速排片的軟件處理影像，對模糊不清的影像予以排除并確認是否有漏拍現(xiàn)象發(fā)生。為了消除相機透鏡畸變缺陷的影響，根據(jù)事先得出的檢校參數(shù)預處理無人機取得的原始影像數(shù)據(jù)。此舉是為了確保能自動提取連接點并保證對控制點量測的準確程度。進行平差后，所獲得的數(shù)據(jù)即為測區(qū)影像的空間坐標與姿態(tài)信息。之后用攝影測量的專用軟件進行立體測圖，由此能得到所測地區(qū)的大比例尺地形圖。之后進行自動的地形提取以得到DSM，最后利用GIS軟件做出測繪地區(qū)的三維地表模型。

除此之外，內業(yè)任務的重疊與合成處理，可通過專用的影響處理軟件操作，同時也可輸入外業(yè)測量所用控制點信息于系統(tǒng)對應像控點生成DOM與DEM等，再以實施空三加密處理后，最終使得所生成TIF圖片具有坐標信息，以此便于手工勾繪地物于影片信息上，同時也利于外業(yè)調繪和地貌處理實現(xiàn)DEM數(shù)據(jù)化。

3.4無人機測量精度的控制

（1）與傳統(tǒng)的測繪航空攝影相同，當條件滿足時，無人機航拍任務的實施應盡量選擇在天氣晴朗、可見度高的環(huán)境下進行，這樣可使獲得的影像色彩與地面信息更加豐富完整，同時還可避免因霧霾影響而導致影像曝光時光線的折射與散射現(xiàn)象加重，進而確保成圖精度不受損傷。

（2）無人機航空攝影獲取的航空影像幅面較小，采用原有的空三軟件進行平差解算，在多個測區(qū)處理過程中，均會發(fā)生不同程度的錯誤，特別是對加密測區(qū)的選構，目前使用較多的PATB平差軟件，對此類小幅面數(shù)碼影像的剔錯能力遠遠小于23*23幅面。

（3）無人機作為飛行平臺，在執(zhí)行航空測量任務時，容易受氣流變化和風力的影響，可采用了二維姿態(tài)穩(wěn)定平臺，在小范圍短時間內，受風力和風向的變化影響不大，容易通過姿態(tài)穩(wěn)定平臺的糾正獲得理想的姿態(tài)角度。

結語

總而言之，現(xiàn)代無人機航拍技術的應用與推廣，對于工程測繪任務的實施具有重要的推動作用，其不僅在測量精度、效率與應用范圍上顯現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢，同時還有助于相關部門能夠及時掌握所需地域的地理信息，進而實現(xiàn)國民經(jīng)濟社會信息化，促進工程測繪任務在標準化發(fā)展基礎上更加多元化與科學化。

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