無人機(jī)公路測(cè)繪應(yīng)用現(xiàn)狀分析

王國(guó)武

摘要：近年來，隨著各種新型傳感器和攝影測(cè)量平臺(tái)的不斷發(fā)展，無人機(jī)數(shù)字航攝技術(shù)以其機(jī)動(dòng)靈活、經(jīng)濟(jì)、便捷等顯著特點(diǎn)，成為了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量手段的有力補(bǔ)充，在突發(fā)災(zāi)害應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取及小范圍快速成圖方面顯示出了無人機(jī)航攝系統(tǒng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，得到了遙感和攝影測(cè)量等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);公路測(cè)繪;應(yīng)用現(xiàn)狀;分析

1 無人機(jī)技術(shù)的概念

無人機(jī)測(cè)繪測(cè)量系統(tǒng)作為現(xiàn)代化測(cè)繪測(cè)量裝備體系的重要組成部分，不僅在測(cè)繪測(cè)量應(yīng)急保障服務(wù)中起著重要作用，也在國(guó)家政府部門的應(yīng)急救援體系中充當(dāng)著重要角色。推廣應(yīng)用無人機(jī)測(cè)繪測(cè)量技術(shù)，一是能夠有效提高測(cè)繪測(cè)量應(yīng)急服務(wù)保障水平，二是能夠有效的增強(qiáng)測(cè)繪測(cè)量成果，三是能夠有效促進(jìn)數(shù)字化城市建設(shè)的步伐，四是能夠有效的提高社會(huì)管理效能。

2 無人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成

基于無人機(jī)遙感平臺(tái)構(gòu)建的攝影測(cè)量系統(tǒng)，主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：1.無人機(jī)飛行平臺(tái);2.飛行控制系統(tǒng);3。影像獲取設(shè)備;4.通信設(shè)備;5.遙控設(shè)備;6地面信息接受與處理設(shè)備。

無人機(jī)影像獲取作業(yè)工作流程為：根據(jù)遙感任務(wù)的要求，對(duì)待拍攝地區(qū)進(jìn)行航線設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在地面站中將設(shè)計(jì)好的航線載入到飛控系統(tǒng)中。無人機(jī)地面站系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)好的航線控制無人機(jī)的飛行，飛控系統(tǒng)則按照預(yù)設(shè)的航線和拍攝方式控制相機(jī)進(jìn)行拍攝;相機(jī)將拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。地面工作人員可以在地面監(jiān)測(cè)無人機(jī)的飛行航線，在必要的情況下，可以根據(jù)接收的數(shù)據(jù)更改本次飛行的計(jì)劃，比如補(bǔ)拍，或者直接返航等。

3 無人機(jī)技術(shù)在測(cè)繪測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)

3.1無人機(jī)技術(shù)監(jiān)測(cè)高效迅速

對(duì)于應(yīng)急事件無人機(jī)能夠及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域采取大范圍監(jiān)測(cè)，能夠迅速生成監(jiān)測(cè)區(qū)域的清晰的圖像數(shù)據(jù)。其中單臺(tái)無人機(jī)的周監(jiān)測(cè)量最高可達(dá)2100平方公里左右，監(jiān)測(cè)效率得到大幅度的提升。

3.2無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)范圍大且具宏觀性

針對(duì)不同航高無人機(jī)能夠進(jìn)行大范圍、高空間的監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還能夠?qū)^小面積、地空間進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。另外，無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)可同時(shí)采用多架無處理效率高人機(jī)、多次監(jiān)測(cè)的方式對(duì)上萬平方公里的監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)。經(jīng)過多光譜分析，可以得到大范圍監(jiān)測(cè)區(qū)域的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)信息，并將傳統(tǒng)點(diǎn)信息和得到的信息相結(jié)合，得到整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的信息。監(jiān)測(cè)區(qū)域情況可以利用三維仿真模擬技術(shù)來進(jìn)行宏觀展示，同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)能為相關(guān)部門的決策提供便利。

3.3具有很高的處理效率

無人機(jī)技術(shù)的影像分辨率的范圍在0.1～0.5米之間，比目前國(guó)內(nèi)外的高分辨衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的分辨率都要高，同時(shí)，其采集數(shù)據(jù)速度較快，處理效率也很高。

3.4具有很強(qiáng)的周期性

無人機(jī)技術(shù)可以與GIS或遙感應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集成處理，測(cè)繪測(cè)量應(yīng)用也能夠很便捷快速的進(jìn)行搭載，為測(cè)繪測(cè)量工作的綜合性和周期性提供了良好的保障服務(wù)。

公路工程具有很長(zhǎng)的工程區(qū)間，其中很可能要通過復(fù)雜危險(xiǎn)地形或者遭遇某種災(zāi)害。比如，公路的路堤和邊坡在受到地形、地質(zhì)、天氣的影響時(shí)，都可能會(huì)崩滑而造成危險(xiǎn)，這種情況下需要了解崩滑的幾何形狀與土方量來籌劃修復(fù)方案。但由于崩滑發(fā)生后相關(guān)測(cè)繪人員和設(shè)備都很難接近事發(fā)地點(diǎn)，所以能不受地面限制快速飛抵崩滑地點(diǎn)上空，以機(jī)載的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攝影的無人機(jī)航測(cè)相當(dāng)重要，其不但簡(jiǎn)單快捷，而且具有很高的安全性。其具體優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）快捷方便：很容易獲得所需的測(cè)繪影像，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，民用單反相機(jī)也可以勝任。

（2）成本低廉：無人機(jī)和攝影設(shè)備的市價(jià)都不高，二者相加也不會(huì)超過120萬元。

（3）機(jī)動(dòng)性強(qiáng)：對(duì)各種需要測(cè)繪的環(huán)境都能迅速適應(yīng)，開始工作。

（4）受天氣和場(chǎng)地影響?。簾o雨且風(fēng)力不要太大就能起飛進(jìn)行工作，跑道也只需用平地代替即可。

4 無人機(jī)的種類通常按有效載荷與續(xù)航時(shí)間劃分包括如下四種類型

4..1大型無人機(jī)。性能高、有效載荷大、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，基本可以達(dá)到和有人機(jī)相近的性能，但因?yàn)閮r(jià)格過高，所以應(yīng)用度不高。

4.2中型無人機(jī)。有效載荷在20千克左右，續(xù)航時(shí)間可以達(dá)到2小時(shí)，具備較穩(wěn)定的飛行姿態(tài)所以攝影云臺(tái)等需要姿態(tài)穩(wěn)定的攝影設(shè)備可以使用，還可以使用姿態(tài)定位系統(tǒng)。雖然價(jià)格也比較高，但作為民用航測(cè)平臺(tái)比較理想。

4.3小型無人機(jī)。飛行的性能和姿態(tài)穩(wěn)定性都很低，攝影效果也較差，獲得的影像很難在普通的攝影測(cè)量工作站處理。最大的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。

4.4超輕型無人機(jī)。為了節(jié)省動(dòng)力而使用了三角翼，有效載荷很小，通常不超過1千克，續(xù)航時(shí)間也只有半小時(shí)左右，并且抗風(fēng)能力和飛行姿態(tài)都很差，拍攝的影像需要專門的攝影測(cè)量軟件才能處理，普通的軟件無法處理。但由于攝影測(cè)量方面的數(shù)據(jù)處理技術(shù)不斷進(jìn)步，所以這個(gè)問題正逐漸得到解決，兼之該系統(tǒng)的價(jià)格非常低廉，所以其在小型工程項(xiàng)目上的適性是很高的。

5 無人機(jī)航測(cè)流程

無人機(jī)航測(cè)的基本流程從三個(gè)方面共同開始：從實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)兩方面對(duì)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行檢校;規(guī)劃設(shè)計(jì)出外業(yè)航線并進(jìn)行外業(yè)飛行;進(jìn)行外業(yè)像控測(cè)量。之后對(duì)航測(cè)得到的影像進(jìn)行預(yù)處理――自動(dòng)排片;對(duì)測(cè)區(qū)的影像進(jìn)行最優(yōu)化選擇;對(duì)影像的畸變進(jìn)行預(yù)校正。之后對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行量測(cè)同時(shí)自動(dòng)提取出連接點(diǎn)。最后匯總各個(gè)結(jié)果進(jìn)行精度檢查。

5.1數(shù)碼相機(jī)的檢校

由于使用的相機(jī)鏡頭可能存在一定的畸變差，因此在實(shí)際進(jìn)行航測(cè)之前需要對(duì)所使用的攝影相機(jī)的方位元素和畸變差檢校。這一過程通過如下兩種方式進(jìn)行：（1）在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢校。在實(shí)驗(yàn)室里可以利用標(biāo)定白板和標(biāo)定軟件對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢校，標(biāo)定白板上需要有特殊的幾何關(guān)系標(biāo)志，軟件則需要能進(jìn)行自動(dòng)的目標(biāo)檢測(cè)。這種方法雖然不能應(yīng)對(duì)復(fù)雜的狀況，但很方便。（2）在室外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢校。為了應(yīng)對(duì)航測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜情況和無人機(jī)常見的姿態(tài)不穩(wěn)現(xiàn)象，除了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行檢校外，還需要建立專門的室外檢校場(chǎng)進(jìn)行檢校。

5.2測(cè)量實(shí)例

例如，當(dāng)進(jìn)行山區(qū)公路的不穩(wěn)定邊坡處的測(cè)繪時(shí)，為了能以最快的速度獲得測(cè)繪資料，可以應(yīng)用無人機(jī)航測(cè)進(jìn)行。為了對(duì)該技術(shù)的系統(tǒng)精度進(jìn)行檢驗(yàn)，可以先以GPS測(cè)繪技術(shù)獲取測(cè)區(qū)內(nèi)部分標(biāo)志點(diǎn)精度4厘米內(nèi)的精確坐標(biāo)。這些點(diǎn)可以用于比照無人機(jī)的測(cè)繪數(shù)據(jù)，作為其控制點(diǎn)與精度的檢查點(diǎn)。

為了消除相機(jī)透鏡的畸變?nèi)毕莸挠跋瘢鶕?jù)事先得出的檢校參數(shù)預(yù)處理無人機(jī)取得的原始影像數(shù)據(jù)。此舉是為了確保能自動(dòng)提取連接點(diǎn)并保證對(duì)控制點(diǎn)量測(cè)的準(zhǔn)確程度。

5.3評(píng)估測(cè)繪精度

無人機(jī)航測(cè)的測(cè)繪精度可以利用之前在測(cè)區(qū)布下的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行，其精度分平面和高程兩方面。通過計(jì)算二者數(shù)據(jù)的均方根，可以算出測(cè)區(qū)的平面誤差和高程誤差。通過以往的實(shí)際數(shù)據(jù)我們可以知道，無人機(jī)航測(cè)雖然存在一定的精度誤差，但已經(jīng)可以滿足作業(yè)規(guī)范，對(duì)危險(xiǎn)復(fù)雜地形的公路測(cè)繪工作是可以勝任的。

6 結(jié)語

無人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的使用，為測(cè)繪作業(yè)開展奠定了基礎(chǔ)。隨著城市化進(jìn)程不斷加快，測(cè)繪系統(tǒng)的應(yīng)用，使得我國(guó)土地規(guī)劃更有據(jù)可依。同時(shí)，也保障我國(guó)相關(guān)部門及時(shí)收集到地理信息，為不斷建設(shè)社會(huì)主義社會(huì)提供保障。

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