無人機(jī)航拍技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

范祖貴

摘要：與時效性差、成本高常規(guī)航空攝影測量相比，無人機(jī)航拍技術(shù)發(fā)揮了巨大的應(yīng)用優(yōu)勢，形成十分廣泛的應(yīng)用范圍。這項技術(shù)能夠獲得十分準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，一定程度提升測量工作的準(zhǔn)確性。在實(shí)際操作中，科學(xué)利用無人機(jī)航拍技術(shù)，憑借技術(shù)特點(diǎn)強(qiáng)化測繪工作效率。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)航拍技術(shù)；工程測量；攝影測量

隨著無人機(jī)航測技術(shù)的蓬勃發(fā)展，一定程度取代了時效性差、成本高的常規(guī)航空攝影測量。目前，無人機(jī)航測技術(shù)不僅在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通領(lǐng)域縱向延伸；在測繪領(lǐng)域里，也彼此橫向交叉，尤其是工程測量領(lǐng)域，在常規(guī)的土石方工程測量、道路測量、電力輸電線路測量等的可行性研究、前期規(guī)劃方面已有初步的應(yīng)用，并且逐步體現(xiàn)了它的優(yōu)越性和便捷性。

一、無人機(jī)航拍原理

無人機(jī)航攝系統(tǒng)是一種以無人機(jī)為平臺，搭載小型影像傳感器，借助衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)低空航攝飛行，快速獲取地面影像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。具體可分為兩大系統(tǒng)：

第一，采集系統(tǒng)。具體包括遙感平臺、飛行控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)，其中通過全球定位系統(tǒng)和無人機(jī)裝載航空數(shù)碼相機(jī)完成平臺的航空攝影工作。這項技術(shù)可以準(zhǔn)確且迅速獲取地理信息系統(tǒng)；飛行控制系統(tǒng)憑借定位系統(tǒng)導(dǎo)航精準(zhǔn)獲得各項飛行器所在區(qū)域，利用數(shù)字化技術(shù)對飛行情況全面監(jiān)控，從而有效采集信息；地面監(jiān)控系統(tǒng)包括四部分，主要功能是傳輸無人機(jī)飛行操作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與信息[1]。

第二，處理系統(tǒng)。實(shí)際包括三個方面：首先，處理遙感像片。關(guān)鍵是科學(xué)處置相機(jī)檢定參數(shù)與航攝規(guī)范表等文件資料。其次，空中三角。這也是核心部分，憑借規(guī)定程序，產(chǎn)生三維立體模型，生成核線影像。最后，三維建模。可視化處置虛擬地形地物，從而得到詳細(xì)數(shù)據(jù)[2]。

二、無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

在測繪地形過程中無人機(jī)測繪是一項全新發(fā)展的技術(shù)，在應(yīng)用中不需要投入較大的成本，擁有較好的勘察反饋能力，消耗時間不多，有利于轉(zhuǎn)換應(yīng)用在不同區(qū)域。在復(fù)雜的測繪環(huán)境中能夠靈活應(yīng)對，一方面順利完成了普通的飛機(jī)航攝任務(wù)，另一方面還可延伸至之前沒有觸碰的全新領(lǐng)域。

（一）提升了工作效率

在低空航攝過程中使用無人機(jī)不僅提升了反應(yīng)速率，還表現(xiàn)出顯著的機(jī)動性和靈活性，無較高的起降場地要求，形成了安裝和調(diào)試操作水平，可以在既定區(qū)域內(nèi)的突發(fā)事故或天氣惡劣環(huán)境中安排拍攝工作，在時間相對緊張，測繪工作十分繁重的前提下利用有關(guān)技術(shù)，能在短期內(nèi)迅速獲得影像信息，為處理地震、山體滑坡等突發(fā)事件提供參考數(shù)據(jù)。

（二）獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)

利用這項技術(shù)可以得到分辨率較高的影像，基本不會受到云層的干擾，同時自由掌控與地面形成的高度，得到的影像資料更為詳盡且高分辨率。

（三）節(jié)省生產(chǎn)成本

在應(yīng)用無人機(jī)過程中投入成本相對不高，勘查過程中形成良好的反饋能力，不會浪費(fèi)時間，有利于轉(zhuǎn)換應(yīng)用在不同地區(qū)。無需構(gòu)建專業(yè)特點(diǎn)的起降場所，節(jié)省了人力成本，降低了投入[3]。

三、無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用流程

（一）科學(xué)規(guī)劃航線與測量范圍

根據(jù)地形圖成圖比例尺，可以確定影像地面分辨率、像片攝影比例尺和飛行更高度；根據(jù)航空攝影航向旁向重疊度設(shè)計，確定基線距離和航線距離。但是這一過程中需要考慮無人機(jī)的飛行時間或有效飛行時間和起降場地選擇，防止在這一過程中消耗殆盡能源，引發(fā)嚴(yán)重的墜機(jī)問題?，F(xiàn)代無人飛行最長時間已經(jīng)達(dá)到60min，去除飛行中起降所需時間，整體拍攝操作所需大概50min的時間。所以要想科學(xué)掌控拍攝時間，在實(shí)際操作中，必須科學(xué)設(shè)計航線、合理選擇起降場地，提升了操作效率，同時降低出現(xiàn)各種安全事故的幾率。另外，要想整體提高工作的安全水平，科學(xué)規(guī)劃項目測繪范圍。結(jié)合空中俯瞰，結(jié)合實(shí)際狀況，劃分測繪區(qū)域?yàn)殚L條形狀和兩邊等距，并成功標(biāo)記四個角，結(jié)合分析產(chǎn)生的時間、速度等內(nèi)容，合理設(shè)計航拍操作程序，順利推進(jìn)工作[4]。

（二）飛行實(shí)施

無人機(jī)飛行實(shí)施是測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集階段。這一過程包括無人機(jī)飛行前檢查、飛行軌跡制作、照片及曝光位置設(shè)定、滑跑或彈射起飛、巡航壓線飛行、返航降落等。

（三）建立區(qū)域控制網(wǎng)

要想對測繪工作不斷細(xì)化，應(yīng)結(jié)合真實(shí)狀況，對區(qū)域建立控制網(wǎng)。在建設(shè)項目中合理運(yùn)用該項技術(shù)。結(jié)合得到的地圖規(guī)格建立類似規(guī)模的控制網(wǎng)絡(luò)，并在實(shí)際操作中，嚴(yán)控網(wǎng)絡(luò)覆蓋的實(shí)際范圍，科學(xué)設(shè)計坐標(biāo)點(diǎn)，以此為標(biāo)準(zhǔn)，建立三維坐標(biāo)，通過這部分坐標(biāo)點(diǎn)明確其實(shí)際范圍，借助這一方法，簡化了處理后期數(shù)據(jù)的程度。

（四）數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)航拍數(shù)據(jù)處理過程與傳統(tǒng)航空攝影測量數(shù)據(jù)處理過程基本一致的，涵蓋光束法區(qū)域網(wǎng)平差、影像匹配生成DEM、微分糾正生成DOM等過程，但是由于無人機(jī)航拍系統(tǒng)在載重和飛行控制等方面的苛刻條件，所以要求數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較為稀少地面控制和支持傾斜影響的空三解算，同時還要求能實(shí)現(xiàn)全自動化數(shù)據(jù)處理，以彌補(bǔ)小圖幅、像片多引起的航測數(shù)據(jù)成倍增加而導(dǎo)致的低效率問題。

1.調(diào)整影像比例

與影響坐標(biāo)不一樣，非量測相機(jī)坐標(biāo)測量往往存在明顯的畸變差，如果直接使用，計算外方位元素的精度很低因此，應(yīng)及時調(diào)整影像產(chǎn)生的畸變差異，必須綜合改正主點(diǎn)坐標(biāo)、畸變參數(shù)等。

2.DEM數(shù)據(jù)比例

產(chǎn)生地表EDM模型是貫徹落實(shí)DOM的基本。采取正射投影模式科學(xué)設(shè)計模型，從而達(dá)到DOM操作目標(biāo)?；诋?dāng)前情況分析可知，在這一操作中可以廣泛運(yùn)用Pixe lGrid軟件，主要是由于科學(xué)利用這個軟件，科學(xué)搜集與配置擁有多模型和多重特點(diǎn)的柵格數(shù)據(jù)，保證測區(qū)上部分DEM點(diǎn)位與地面特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)切準(zhǔn)操作。操作中，勘測單位以其為中心明確測區(qū)，憑借這一方法產(chǎn)生正射影像，直接擴(kuò)大了軟件應(yīng)用范圍。

四、實(shí)際工程運(yùn)用

（一）新農(nóng)村建設(shè)項目

這項建設(shè)一定程度推動了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，怎樣做好這項工作是有關(guān)工作人員需要注意的問題。在規(guī)劃建設(shè)中，必須高度重視測繪工作，在這一過程中，利用航拍技術(shù)體現(xiàn)巨大優(yōu)勢，并在前期調(diào)查操作中科學(xué)利用這項技術(shù)，并借助圖像處理技術(shù)，不斷加強(qiáng)處置地物界限和類型，從而全面把握農(nóng)村實(shí)際環(huán)境與地物所在區(qū)域，為項目建設(shè)提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，保證建設(shè)的科學(xué)性。

（二）水利項目

在檢測水利項目所在的水域環(huán)境和水土保持中應(yīng)用這項技術(shù)，能夠提升操作速度與分辨率。為順利開展各項工作提供參考，從而開展各項工作。比如在檢測水域環(huán)境中，通過這一技術(shù)，在每段時間之內(nèi)，可以全面分析水流實(shí)際方向、移動速率與淹沒水域范圍，從而提升項目的安全水平。

（三）輸電線路工程項目

采用無人機(jī)航拍技術(shù)可用于輸電線路工程勘測設(shè)計，高精度的DEM和高分辨率的DOM不僅可以提供更加直觀的影響圖，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的地物識別，獲取更多的地表障礙物信息，達(dá)到輸電線路優(yōu)化的目的；還便于室內(nèi)微觀選址選線，減少外業(yè)工作量，提高工作效率。

五、結(jié)束語

無人機(jī)航拍技術(shù)目前可滿足1：2000地形圖測繪的要求，在采用合理攝影參數(shù)和數(shù)據(jù)處理方法時，也能滿足丘陵地區(qū)及山地的1：1000地形圖測繪的要求，所以對于大比例尺地圖測繪航測成圖具有廣闊的應(yīng)用前景。

無人機(jī)航拍技術(shù)貫徹落實(shí)主要通過無人機(jī)完成，所以，必定產(chǎn)生十分嚴(yán)格的技術(shù)與質(zhì)量要求，從而通過多個角度完成航拍操作，精準(zhǔn)拍攝每一個地點(diǎn)，不管地域大小，都無法躲避設(shè)備的監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

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[3]孫景樂，唐林波，趙保軍.改進(jìn)的同心離散圓簇形狀描述方法[J].電子與信息學(xué)報，2016（8）：1901-1906.

[4]董銀文，苑秉成，王航宇.一種有效的航拍圖像中直線提取算法[J].武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2016（2）：160-164.

[5]鄭團(tuán)結(jié)，王小平，唐劍.無人機(jī)數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].計算機(jī)測量與控制，2006（6）：613-615.

（作者單位：國核工程有限公司）