無人機航空攝影測量系統(tǒng)的探析

樸彥輯

摘要：在無人機航空攝影測量的研究過程中，結(jié)合工作經(jīng)驗和日常研究成果，對無人機航空攝影測量系統(tǒng)進行研究與分析，闡述了該系統(tǒng)在土地規(guī)劃測量，災害應急、山洪泥石流中的應用。對推動無人機航空攝影測量系統(tǒng)的發(fā)展與應用有參考價值。

關(guān)鍵詞：無人機 ；航空攝影測量 ；地形測繪 ；土地規(guī)劃

在人類的發(fā)展進程中， 如何有效地規(guī)避自然環(huán)境所帶來的災害變得非常重要， 尤其是在社會快速發(fā)展的今天，防災減災的重要性日趨突出。 我國作為一個自然災害頻發(fā)的國家也面臨著同樣的挑戰(zhàn)。 面對日益嚴重的自然災害形勢，如何選擇最為科學、準確、穩(wěn)定的測量技術(shù)和測量成果，以作為準確掌握突發(fā)事件災情險情的重要手段是目前的首要任務(wù)。 測繪測量技術(shù)系統(tǒng)是應對自然災害、 有效處置突發(fā)事件、 構(gòu)建完善保障系統(tǒng)與加強防災減災工作建設(shè)的重要組成部分，也是目前的一個重要戰(zhàn)略問題。

一、無人機航空攝影測量系統(tǒng)的組成

1.硬件系統(tǒng)

第一，機載系統(tǒng)。無人機是航空攝影測量系統(tǒng)的搭載平臺，是整個系統(tǒng)運作的基礎(chǔ)，主要包括無人機、數(shù)字攝影、導航飛行控制、通信等子系統(tǒng)。工作時，系統(tǒng)會按照預設(shè)航線自主飛行，完成預設(shè)的攝影測量任務(wù)，并將飛行高度、速度、狀態(tài)、氣象情況傳輸給地面監(jiān)控系統(tǒng)。第二，地面監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)直接影響飛行平臺的運行，包括計算機、飛行控制、電子通信、電臺等設(shè)備。無人機工作時，地面監(jiān)控系統(tǒng)會接收無人機發(fā)出的信息，在地圖上標記無人機的位置、高度、速度、路線等參數(shù)，方便操作人員了解無人機的飛行狀態(tài)。

2.軟件系統(tǒng)

第一，航線設(shè)計軟件。該軟件決定了系統(tǒng)運行的方向、精準度，也是信息采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要求預先設(shè)定地形特點、作業(yè)范圍、測量參數(shù)、精度等指標，依據(jù)行高、重疊度、地面分辨率，可以計算出飛行曝光點、基線長度等數(shù)據(jù)。第二，數(shù)據(jù)接收處理軟件。該軟件是系統(tǒng)攝影測量外業(yè)的最后一步，關(guān)系到圖像的處理質(zhì)量。一般而言，無人機獲取地面影像時，會受到內(nèi)部、外界因素的影響，為了避免原始圖像處理時存在質(zhì)量問題，會對原始影像進行預處理，例如圖像校正、圖像增強等。

二、無人機航空攝影測量系統(tǒng)在土地規(guī)劃中的應用

以某土地整治項目為例，位于重慶山地區(qū)，規(guī)劃設(shè)計階段，利用無人機航空攝影測量系統(tǒng)，作業(yè)流程如下 ：第一，收集地形圖、土地利用資料，檢查儀器設(shè)備，做好飛行準備工作。第二，測區(qū)踏勘，確定大概測量范圍，在系統(tǒng)中設(shè)置測量區(qū)域和飛行路線，布設(shè)像控點，避開樹木、建筑、電線等。第三，外業(yè)攝影測量，在無人機上搭載攝影系統(tǒng)，低空飛行獲得測區(qū)影像資料，要求圖像清晰、色彩均勻、層次豐富，能真實表現(xiàn)地物信息。第四，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，利用Photo Scan 圖形處理軟件，對影像進行拼接和處理，找到像控點，對坐標、高程進行糾正、加密、修飾。

在土地整治的規(guī)劃設(shè)計中，無人機航空攝影測量系統(tǒng)的應用優(yōu)勢如下 ：①高效。考慮到重慶地區(qū)地形地勢復雜，傳統(tǒng)地形測量工作的開展，完成1km2的測量范圍需要2人花費3天～4天。②直觀。該系統(tǒng)的應用，能獲得測區(qū)全范圍的數(shù)字正射影像圖，由于圖像更加直觀，有利于工作人員分辨各種信息要素。依據(jù)初步設(shè)計方案，向民眾征求意見時，能提高民眾的積極性，增強對土地整治的認識度。③全面。繪制地形圖是土地整治的基礎(chǔ)，考慮到測量范圍廣，傳統(tǒng)測量工作難以適用，容易忽略部分溝渠、線路，繼而影響整治方案的設(shè)計。

三、無人機航空攝影測量系統(tǒng)在山洪泥石流中的應用

1.災情概括

2014 年 8 月 3 日 16 時 30 分在云南省昭通市魯?shù)榭h附近（北緯 27.1 度，東經(jīng) 103.4度）發(fā)生 5.7 級左右地震，地震致使昭通市的魯?shù)榭h、巧家縣、昭陽區(qū)、永善縣和曲靖市會澤縣 108.84 萬人受災。 國家測繪地理部門緊急調(diào)集多套無人機航空攝影測量系統(tǒng)赴地震災區(qū)進行應急航空攝影，獲得了首批高分辨率的地理地質(zhì)資料，共獲取4 處重災區(qū)高清航攝圖像，54 張經(jīng)過圖像拼接和判讀， 初步評估了災區(qū)的受災情況，為制定后續(xù)的計劃打下了堅實的基礎(chǔ)。為災后救援提供了較為準確的災情信息。

2.UAV 數(shù)據(jù)獲取

在本次魯?shù)榇蟮卣馂暮缶仍^程中， 無人機航空攝影測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取工作主要有以下幾個工作流程：前期的設(shè)備資料準備；無人機航拍測繪；后期數(shù)據(jù)處理與研判。本次國家測繪地理信息局使用了“Quick Eye”無人機作為主要應用平臺，并且搭載了 Canon 5D Mark III 數(shù) 碼 相 機 進 行 數(shù) 據(jù) 采 集 工作。 在無人機系統(tǒng)從地面起飛之后，完成既定的飛

行動作，達到基本的飛行條件之后，再按照地面的航線設(shè)計系統(tǒng)進行自主飛行，同時開始相關(guān)的數(shù)據(jù)獲取工作。飛機飛行高度為3000 米左右，分辨率為0.2M。在無人機系統(tǒng)完成初步的數(shù)據(jù)搜集工作之后，4 處 高清航拍攝影數(shù)據(jù)500份、總面積接近50 平 方公里的數(shù)據(jù)初步形成，隨后進行圖像預處理、數(shù)據(jù)糾錯、圖像拼接，最終提供了完整地面圖像，為測繪地理部門、 國土資源部門和國家防總進行災害分析與評估提供了支撐。

3.減災與防災

減災防災是無人機航空攝影測量系統(tǒng)的重要功能之一，這一應用主要是通過對于現(xiàn)有的信息的研判與分析進而為災害狀況的預測提供可靠的依據(jù)，實現(xiàn)防災與減災的現(xiàn)實需要。 在魯?shù)榈卣鸬臑暮缶仍^程中，該系統(tǒng)就充分發(fā)揮了減災與防災的效能，尤其是對于紅石崖和王家坡救災處置、 冷家坡和肖家坡社區(qū)滑坡人員轉(zhuǎn)移、牛欄江堰塞湖測繪等一系列行之有效工作，都避免了人民群眾生命財產(chǎn)受到更大的損失。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著科學技術(shù)的進步，無人機航空攝影測量系統(tǒng)成為一種新型的測量手段，具有精度高、成本低、操作簡單的優(yōu)勢。文中分析了該系統(tǒng)的組成，其中硬件系統(tǒng)包括

機載系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng) ；軟件系統(tǒng)包括航線設(shè)計軟件、數(shù)據(jù)接收處理軟件 ；介紹了在地形測繪、土地規(guī)劃、災害防治中的具體應用，并結(jié)合工程案例進行分析，希望為類似工作的開展提供經(jīng)驗借鑒。

參考文獻：

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（作者單位：哈爾濱海航地理信息工程有限公司）