無人機航測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用探討

朱顯國

陜西國信地測科技有限公司，陜西西安 710000

我國測繪技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，已取得豐碩發(fā)展成果，尤其以航空遙感為代表的一系列大飛機、衛(wèi)星、無人機遙感技術(shù)在社會生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用，極大地推動了工程建設(shè)、應(yīng)急測繪等工作順利進行。其中，無人機航測技術(shù)比其它航測技術(shù)具有高精度、成本低、操作簡單等優(yōu)勢，但同時還存在一些影像畸變、影像傾斜角等問題，所以在應(yīng)用時需要測繪人員結(jié)合測繪對象，在充分把握各項航測技術(shù)優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，從中選擇最優(yōu)航測技術(shù)，提高工作質(zhì)量和效率。

1 無人機航測技術(shù)與發(fā)展研究

無人機航測技術(shù)有良好的發(fā)展前景，進行測繪工作時依托無人機以及影像傳感器（小型）、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)等裝置和技術(shù)，在飛行過程低空狀態(tài)下對測繪對象進行航攝來獲取影像數(shù)據(jù)。同時，工作時有良好抗干擾作用，影像數(shù)據(jù)具有極高分辨率，航攝時間較短，可以對規(guī)定范圍內(nèi)地形、地質(zhì)信息進行全面拍攝，并且無人機航測技術(shù)的發(fā)展進步能夠?qū)ξ覈F(xiàn)有航攝技術(shù)加以改進，最終得到極高分辨率的影像，逐步改善和提高了我國航測能力。無人機航測技術(shù)研究始于20世紀80年代，一經(jīng)提出便引起全世界航測技術(shù)研究專家的重視，之后現(xiàn)代化通訊技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計算機技術(shù)，為無人機航測技術(shù)進一步研究提供了技術(shù)保證，研究人員對無人機航測技術(shù)集中在應(yīng)用領(lǐng)域、范圍研究中，并且初步開始進行無人機測繪系統(tǒng)的研究。我國現(xiàn)階段在測繪行業(yè)中重點研究內(nèi)容是制作DOM、DEM，對于DIG大比例尺研究、應(yīng)用較少。

1.1 無人機航測技術(shù)結(jié)構(gòu)組織

主要包括兩個方面：首先是硬件部分，該部分由5個構(gòu)件組成，分別為無人機飛行平臺和控制系統(tǒng)、傳感器、地面運輸與保障系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)，所有系統(tǒng)互相聯(lián)合，在無人機飛行時即可共同發(fā)揮航測作用，獲得相應(yīng)測繪數(shù)據(jù)。目前在各個領(lǐng)域中應(yīng)用較多的主要為倒桅尾型無人機，此無人機平臺上搭載拍攝系統(tǒng)屬于單反數(shù)碼相機，為高端攝影系統(tǒng)，拍攝到的影像圖質(zhì)量較好，可以清晰直觀展現(xiàn)拍攝區(qū)域的詳細數(shù)據(jù)。飛行控制系統(tǒng)包括氣壓計、自動駕駛儀、高度儀、導(dǎo)航儀等裝置，用于飛行期間對無人機飛行范圍的控制；地面監(jiān)控系統(tǒng)中包含監(jiān)控、通訊等系統(tǒng)，對測繪過程進行監(jiān)督管理，防止無人機發(fā)生故障。

其次是軟件部分，由于航測期間數(shù)據(jù)測量、處理流程較為復(fù)雜，而且對影像數(shù)據(jù)質(zhì)量要求也較高，所以在技術(shù)應(yīng)用時需要在無人機平臺設(shè)置軟件系統(tǒng)，通過軟件對航測做出合理規(guī)劃，確保航攝工作有效進行。配備的精確航攝任務(wù)規(guī)劃軟件，主要是用來規(guī)劃航線自動敷設(shè)、拍攝成果統(tǒng)計、航線間距調(diào)整、曝光點間距調(diào)整、航線架構(gòu)、統(tǒng)計航線長度與距離等任務(wù)。同時配備的有航攝質(zhì)量快速檢查軟件，在航拍期間可以對快速拍攝獲得的影像質(zhì)量進行實時瀏覽與檢測，并可以自動批量對影像進行編號，對拍攝圖像質(zhì)量檢查后的表單進行輸出工作，還能對無人機飛行數(shù)據(jù)進行檢查，確定是否存在數(shù)據(jù)覆蓋情況，如果存在這種情況工作人員可以及時采取補飛方式再次進行航測，確保獲得的所有數(shù)據(jù)均有良好質(zhì)量；對飛行過程中重疊度、旋偏角進行檢查，如果這兩個角度偏離航測技術(shù)應(yīng)用標準，工作人員要及時進行調(diào)整；航拍獲得的圖像相鄰時，需要對航片寬度參數(shù)進行調(diào)查，結(jié)合數(shù)據(jù)對兩處角度值進行計算，確定是否在合理范圍內(nèi)，若拍攝的原始航片有固定像素，對其重疊度同樣可以使用航片寬度數(shù)據(jù)進行計算。

此外配備的有影像快速與處理軟件，作用在于無人機航測技術(shù)應(yīng)用時有極高的風(fēng)險發(fā)生影像畸變差問題，借助該軟件可以對出現(xiàn)問題進行改善與解決，使畸變情況得到合理糾正，拍攝系統(tǒng)拍攝的影像質(zhì)量能夠獲得有效提高，方便工作人員對高精度影像直接進行處理與應(yīng)用。

1.2 無人機航測系統(tǒng)的優(yōu)點與缺點

無人機航測系統(tǒng)具有以下幾個方面優(yōu)缺點，首先在優(yōu)點方面，航測技術(shù)成本低，無人機進行相關(guān)區(qū)域地理信息的測定時，全部測定工作由無人機來進行，無需駕駛?cè)藛T駕駛即可直接快捷地開展各項工作，不用額外花費資金在飛行器上安裝安全裝備和駕駛儀，無人機整體生產(chǎn)使用資金少，搭載裝備少，整個機型也比較小，占地面積不大。無人機也可以直接進行拆卸與折疊，此類飛行器大量運輸時按照機型說明直接進行折疊運輸，運輸花費也相對較少。無人機航測技術(shù)具有靈活迅速的優(yōu)點，在應(yīng)用期間如果需要測繪數(shù)據(jù)對象為自然災(zāi)害事件時，可以及時獲取災(zāi)害發(fā)生地點最新遙感數(shù)據(jù)信息。發(fā)生災(zāi)害后事故現(xiàn)場情況通常較為復(fù)雜，大部分情況下有人機或者搜救人員無法及時進入相應(yīng)區(qū)域，導(dǎo)致災(zāi)后信息獲取延遲，事故處理小組無法及時且科學(xué)部署救災(zāi)計劃。但是通過無人機可以在較小干擾影響下直接飛入災(zāi)區(qū)獲得事故發(fā)生后第一手信息，航測飛機飛行準備時間短，勘測時反應(yīng)非常靈敏，上升速度很快，非常適合用于災(zāi)后救援。無人機航測技術(shù)還具有飛行高度較低的優(yōu)勢，航測時飛行高度越高，獲得數(shù)據(jù)誤差越大，會和實際數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異，所以無人機可以有效改善常規(guī)航測影像精度差的問題，通過低高度飛行可以得到高精度比例尺的影像圖，尤其對局部信息獲取有極高成功率。無人機低空航測時大部分測繪飛行都是在云層之下，所以多云天氣不會對測繪結(jié)果產(chǎn)生不良影響。

在缺點方面，無人機航測存在安全問題，即航測時無人機缺乏安全防護措施，容易出現(xiàn)故障問題影響測繪工作質(zhì)量，并且故障發(fā)生后沒有相配套的應(yīng)急對策，如果一直在故障狀態(tài)下測繪，數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證。同時還具有穩(wěn)定性差等問題，無人機由于不需要駕駛員來駕駛，所以設(shè)備整體結(jié)構(gòu)非常簡單，質(zhì)量較輕，外形小巧，在飛行航測時遇到強氣流，容易發(fā)生機身偏離既定軌道問題，由此獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量也會受到嚴重影響。目前用于航測的很多類型無人機具備航線自動調(diào)整功能，但是飛機部分角度偏移屬于無規(guī)律可循的問題，自動調(diào)整功能在一些情況下無法進行合理調(diào)整。

2 無人機航測技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 應(yīng)用于輸電線路

目前電力資源在人們?nèi)粘Ｉ钪杏蟹浅V泛的應(yīng)用，需要供電系統(tǒng)修建大量輸電工程供人們用電，其中輸電線接線和改線工程施工建設(shè)數(shù)量最多，此類工程施工量小，但是施工時間非常短，長時間施工易對用戶用電質(zhì)量造成影響，所以對施工區(qū)域工程進行測繪時如果使用常規(guī)測繪技術(shù)容易發(fā)生工期延誤、數(shù)據(jù)精度差等問題，因此在輸電線路改造工程中積極采用無人機航測技術(shù)進行線路敷設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查，從而更簡單快捷、高質(zhì)量、高效率獲得高精度影像資料，推動電力系統(tǒng)智能化的發(fā)展。

2.2 應(yīng)用于地震災(zāi)害應(yīng)急處理

我國部分省市位于地震帶上，發(fā)生地震災(zāi)害風(fēng)險較大，一旦發(fā)生災(zāi)害救援人員無法及時趕到事發(fā)地點，引發(fā)人員嚴重傷亡問題，通過無人機航測技術(shù)對震區(qū)進行地理數(shù)據(jù)測繪，無人機可以不受災(zāi)害影響深入到災(zāi)區(qū)拍攝影像資料，以便救援團隊把握地震災(zāi)情，及時找到道路進入災(zāi)區(qū)進行受傷人員的搶救工作。

2.3 應(yīng)用于土地利用

在應(yīng)用常規(guī)技術(shù)進行土地利用數(shù)據(jù)勘測時，不僅對當前土地利用情況進行測量，分析情況時還需要結(jié)合以往地圖資料進行綜合分析，不同時期以及不同勘測技術(shù)下獲得的影像資料存在差異，前后對比分析會出現(xiàn)誤差。所以利用航測技術(shù)可以在以往測繪影像基礎(chǔ)上，再次對當前土地情況進行測繪，在同一技術(shù)、比例尺下分析利用情況，所得信息更加客觀與直觀，按照航測時間排列即可對不同時間的土地利用情況實現(xiàn)有效把握。

3 結(jié)語

無人機航測技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，在遙感測繪中異軍突起，具有非常理想的應(yīng)用價值。雖然有許多優(yōu)點，但也存在難以克服的問題，所以需要測繪行業(yè)多加研究，不斷改善缺點問題，從而使這技術(shù)可以在更多領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮作用。