試論無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

胡大為

（中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710054）

無人機(jī)測繪技術(shù)涵蓋可視化技術(shù)以及信息化技術(shù)等眾多科學(xué)，此項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)以及廣泛應(yīng)用客觀的顯示出現(xiàn)代科技的發(fā)展進(jìn)程。以近年來無人機(jī)測繪技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析，無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，其靈活性及高機(jī)動(dòng)性特征較為明顯，能夠?qū)Υ罅繙y繪數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)處理。另外，應(yīng)用無人機(jī)測繪技術(shù)開展測繪工作，所花費(fèi)的成本較少，較少會(huì)受到外部環(huán)境因素的干擾，為此，與傳統(tǒng)測繪技術(shù)進(jìn)行對比，其應(yīng)用范疇更為廣泛，所以，無論從經(jīng)濟(jì)性還是安全性等方面來看，無人機(jī)測繪技術(shù)均體現(xiàn)出其自身優(yōu)勢，這也是傳統(tǒng)測繪技術(shù)所不能比擬的[1]。

1 無人機(jī)測繪應(yīng)用現(xiàn)狀

無人機(jī)測繪系統(tǒng)主要包括無人機(jī)平臺、機(jī)載傳感器及數(shù)據(jù)后處理三大部分。無人機(jī)根據(jù)氣動(dòng)布局差異性可分為固定翼、旋翼、復(fù)合翼等。例如天寶公司出品的UX系列及拓普康公司出品的天狼星系列無人機(jī)均屬于固定翼型無人機(jī)，拓普康公司出品的獵鷹系列則屬于旋翼型無人機(jī)，成都縱橫公司出品的CW系列屬于復(fù)合翼型無人機(jī)。各類型無人機(jī)在續(xù)航能力、起降要求、靈活性、安全性等各有優(yōu)缺，應(yīng)用環(huán)境不同。測繪無人機(jī)所搭載的相機(jī)可分為量測型相機(jī)和非量測型相機(jī)。目前相比量測型相機(jī)，非量測型相機(jī)具有價(jià)格便宜、選擇廣泛的優(yōu)點(diǎn)，普通民用單反相機(jī)、微單相機(jī)都可用于無人機(jī)搭載進(jìn)行測繪作業(yè)。

現(xiàn)階段無人機(jī)測繪的主要研發(fā)方向主要集中在硬件集成和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)方面。近年來硬件方面如動(dòng)力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)都有突破性進(jìn)展，使得測繪無人機(jī)的續(xù)航能力、飛行平穩(wěn)性能夠適應(yīng)更廣泛的環(huán)境。無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理主要向自動(dòng)化、集群化方向發(fā)展，使得數(shù)據(jù)處理速度更快、精度更高。在測繪市場的不斷擴(kuò)展下，無人機(jī)及相機(jī)的性能以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)將會(huì)向高性能、高效率、云數(shù)據(jù)處理等方向發(fā)展。

2 無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

（1）相機(jī)檢校技術(shù)。隨著無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)突破，無人機(jī)本身的成本已大幅下降，市場已出現(xiàn)很多針對測繪市場的專用無人機(jī)。但技術(shù)成熟、價(jià)格適中的無人機(jī)量測相機(jī)產(chǎn)品較少。所以，目前基本上是采用性能優(yōu)異的民用單反、微單相機(jī)代替。由于無人機(jī)載非量測型相機(jī)內(nèi)方位元素和鏡頭畸變系數(shù)未知，且不夠穩(wěn)定，不能直接進(jìn)行像位的解析計(jì)算，為此，為保證測圖精度，需要對相機(jī)進(jìn)行檢校，即求解相機(jī)的內(nèi)方位元素與各畸變參數(shù)。常規(guī)情況下，比較常用的相機(jī)檢校方法包括自檢校辦法、多像滅點(diǎn)檢校辦法等。簡單快捷的相機(jī)標(biāo)定方法及軟件就顯得尤為重要和迫切。

傳統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定大多采用固定地點(diǎn)三維標(biāo)定場進(jìn)行，對于標(biāo)定場的場地選擇及布設(shè)有較高要求。而二維相機(jī)標(biāo)定場其相機(jī)標(biāo)定技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，標(biāo)定精度有限。目前的發(fā)展方向是利用相機(jī)標(biāo)定軟件配合特制標(biāo)定板搭建簡易三維標(biāo)定場，利用不同角度的拍攝數(shù)據(jù)通過標(biāo)定軟件自動(dòng)處理，以獲取各相機(jī)參數(shù)。

（2） RTK與PPK技術(shù)。目前，為解決無人機(jī)航測由于像幅小導(dǎo)致的外業(yè)像控工作量大、刺點(diǎn)困難的難題，把PPK和RTK技術(shù)應(yīng)用到無人機(jī)航測中，大大降低了外業(yè)像控的布設(shè)，減少了外業(yè)工作量，提高了作業(yè)效率。RTK技術(shù)是利用無線數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)獲取兩臺GPS接收機(jī)的載波相位實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分的GPS定位技術(shù)，在工程測繪領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)發(fā)展，使得RTK系統(tǒng)的作業(yè)半徑有了大范圍的提高，從而使無人機(jī)系統(tǒng)搭載RTK技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更高精度的飛行定位、導(dǎo)航要求。

PPK技術(shù)屬于對無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行處理過程中的主要應(yīng)用技術(shù)，其應(yīng)用過程為在依靠于載波相位實(shí)現(xiàn)事后差分的GPS定位技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的工作原理為，依靠同步觀測基準(zhǔn)站接收機(jī)與流動(dòng)站接收機(jī)對衛(wèi)星載波相位進(jìn)行觀測，然后利用GPS解算軟件求解，形成虛擬載波相位觀測值，對接收機(jī)之間相機(jī)位置給予定位。在RTK受到限制的區(qū)域也能利用GPS進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，是對RTK的一種重要補(bǔ)充方式。

（3）空中三角測量技術(shù)?？罩腥菧y量是無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)的處理的基本原理。其應(yīng)用過程為，基于航攝相片與目標(biāo)之間形成的空間幾何關(guān)系，根據(jù)少量相片控制點(diǎn)計(jì)算待求相片外方位元素。此項(xiàng)技術(shù)也是數(shù)字測繪產(chǎn)品生產(chǎn)期間的關(guān)鍵性技術(shù)，對于測繪產(chǎn)品的精確度以及可靠性等均具有著重要影響作用。而無人機(jī)測繪系統(tǒng)相對大飛機(jī)系統(tǒng)具有姿態(tài)不穩(wěn)定、重疊度不穩(wěn)定的特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的是GPS/IMU輔助空中三角測量。一般情況只需準(zhǔn)備原始影像、POS數(shù)據(jù)、相機(jī)參數(shù)文件、控制點(diǎn)文件即可自動(dòng)空三解算，人工干預(yù)的半自動(dòng)絕對定向和生產(chǎn)成果輸出，較大程度的提高了無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理的效率。

3 無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)踐

（1）代替?zhèn)鹘y(tǒng)地形測量。傳統(tǒng)地形測繪任務(wù)根據(jù)測區(qū)的位置、地形情況、范圍大小、測量精度等選擇航空攝影或工程測量。無人機(jī)測繪技術(shù)成熟后，使得原本必須由工程測量所完成的大比例尺、小范圍測繪任務(wù)可以通過攝影測量完成，并且在工作效率、成本方面具有優(yōu)勢。尤其是針對地形條件復(fù)雜、時(shí)間要求緊迫的項(xiàng)目，例如災(zāi)情救援與應(yīng)急測繪。如在地震、滑坡、洪澇等類自然災(zāi)害發(fā)生之后，通常需要快速的獲得災(zāi)區(qū)的最新大比例尺地形資料，此時(shí)采用傳統(tǒng)測繪手段往往杯水車薪，而利用無人機(jī)測繪技術(shù)快速生產(chǎn)的測繪產(chǎn)品就顯得尤為重要，救援隊(duì)伍能夠直接回避危險(xiǎn)地帶，直接到達(dá)救援實(shí)際位置，極大的縮短了救援時(shí)間，同時(shí)也有助于保障救援隊(duì)伍的自身安全。為應(yīng)急救災(zāi)、災(zāi)后重建提供重要的決策依據(jù)。

（2）國土測繪。在對國土資源進(jìn)行管理的過程中，國土資源相關(guān)數(shù)據(jù)是必備要素，能夠看出國土測繪工作的重要性。將無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)產(chǎn)品合理的應(yīng)用到國土測繪工作中，經(jīng)由無人機(jī)航拍功能的應(yīng)用，可對各地區(qū)的土地資源信息進(jìn)行采集，促使測量人員可快速的了解到地區(qū)內(nèi)土地資源的應(yīng)用情況，從而開展后續(xù)工作。從這一點(diǎn)來看，無人機(jī)測繪產(chǎn)品對土地應(yīng)用動(dòng)態(tài)監(jiān)測、國土資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測等工作的開展均具有著重要的應(yīng)用價(jià)值，而其此種價(jià)值的具體表現(xiàn)便是提供可靠的土地資源應(yīng)用數(shù)據(jù)。另外，無人機(jī)航測可獲取測區(qū)高分辨率正射影像數(shù)據(jù)，能夠?yàn)榈貐^(qū)規(guī)劃工作提供依據(jù)。

4 結(jié)論

從近年來無人機(jī)測繪技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析，無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，其靈活性及高機(jī)動(dòng)性特征較為明顯，能夠?qū)Υ罅繙y繪數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)處理。就無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)來看，現(xiàn)階段無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理過程中主要應(yīng)用技術(shù)包括相機(jī)檢校技術(shù)、RTK與PPK技術(shù)、無人機(jī)數(shù)據(jù)后處理技術(shù)等，經(jīng)由這些技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理的各項(xiàng)功能。從無人機(jī)測繪產(chǎn)品的應(yīng)用情況來看，無人機(jī)測繪產(chǎn)品在災(zāi)害發(fā)生后的救援工作、國土資源管理、環(huán)境監(jiān)測等方面均發(fā)揮著重要價(jià)值，能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作的開展提供可靠的數(shù)據(jù)參考。

[1]呂一偉.對無人機(jī)測繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用的探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018，05(07):51-52.