無人機(jī)航測在工程測繪中的應(yīng)用研究

文/高飛 遼寧天宇巖土工程有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110044

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(jī)、衛(wèi)星、無人機(jī)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(jìn)行。其中，無人機(jī)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(diǎn)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(jī)航測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

1.1 無人機(jī)航測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

首先在優(yōu)點(diǎn)方面，航測技術(shù)成本低，無人機(jī)進(jìn)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(jī)來進(jìn)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(fèi)資金在飛行器上安裝安全裝備和駕駛儀，無人機(jī)整體生產(chǎn)使用資金少，搭載裝備少，整個機(jī)型也比較小，占地面積不大。無人機(jī)也可以直接進(jìn)行拆卸與折疊，此類飛行器大量運(yùn)輸時按照機(jī)型說明直接進(jìn)行折疊運(yùn)輸，運(yùn)輸花費(fèi)也相對較少。無人機(jī)航測技術(shù)具有靈活迅速的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)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(jī)或者搜救人員無法及時進(jìn)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(jī)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(jī)飛行準(zhǔn)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(jī)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(shí)際數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異，所以無人機(jī)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(jī)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。

1.2 無人機(jī)航測系統(tǒng)的缺點(diǎn)

在缺點(diǎn)方面，無人機(jī)航測存在安全問題，即航測時無人機(jī)缺乏安全防護(hù)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(jī)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(qiáng)氣流，容易發(fā)生機(jī)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(yán)重影響。目前用于航測的很多類型無人機(jī)具備航線自動調(diào)整功能，但是飛機(jī)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(jìn)行合理調(diào)整。

2、無人機(jī)航測系統(tǒng)的組成

無人機(jī)航測系統(tǒng)的飛行平臺是無人駕駛器，通過負(fù)載數(shù)碼相機(jī)來展開拍攝，通過相關(guān)的航測數(shù)據(jù)處理軟件來對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，關(guān)鍵的組成部分有：地面信息處理和接受設(shè)備、遙控設(shè)備、通信設(shè)備、影像獲取設(shè)備、飛行控制系統(tǒng)以及無人機(jī)飛行平臺等。從基本構(gòu)成來看，無人機(jī)航測系統(tǒng)由地面配套設(shè)備以及無人機(jī)飛行平臺構(gòu)成，地面配套設(shè)備由數(shù)據(jù)處設(shè)備、信息接受設(shè)備以及地面遙控設(shè)備構(gòu)成，無人機(jī)飛行平臺由影像獲取設(shè)備和飛行控制系統(tǒng)構(gòu)成。從無人機(jī)飛行平臺來看，其是傳感器和導(dǎo)航器設(shè)備的主要載體，通常要求其載重要高于 2kg，續(xù)航時間至少為1.5h，巡航速度需要控制在60～160km/h，搭載設(shè)備相應(yīng)任務(wù)倉的體積需要超過12500cm 3，抗風(fēng)能力至少要控制在4級以上，機(jī)身翼展和長度要控制在 2～3m，起飛的方式有2種：彈射架起飛和跑道起飛；回收方式也有2種：降落傘降落和跑道降落從飛行控制系統(tǒng)來看，其主要包括傳速傳感器、氣壓傳感器、空速傳感器、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS 接收機(jī)以及飛行控制面板等，同時操作員能夠利用自主飛行、控制程序以及人工控制3種模式來進(jìn)行航空作業(yè)。從地面遙控系統(tǒng)來看，其主要包括無線電收發(fā)裝置、地面遙控平臺、地面控制中心計算機(jī)等，能夠在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)時輔助下，對飛行平臺的電源能耗、距離、方位、航向、航跡、空速、高度以及飛行姿態(tài)進(jìn)行存儲，進(jìn)而在地面無線電遙控系統(tǒng)的輔助下，將控制指令和數(shù)據(jù)發(fā)送給飛控系統(tǒng)，使得無人機(jī)能夠在地面操作人員的指揮下，能夠完成飛行。從影像獲取設(shè)備來看，其主要使用的是面陣CCD 數(shù)字相機(jī)，按照相機(jī)所具備的幾何成像模型，對相機(jī)進(jìn)行校檢，進(jìn)而獲取到相機(jī)自身的內(nèi)外參數(shù)。在必要情況下，需要通過特殊手段對相機(jī)進(jìn)行檢測，對每一個像元自身的畸變量進(jìn)行測定，目前，主要應(yīng)用的相機(jī)是EOS 450D和5DMarkⅡ。從通信設(shè)備來看，其主要是由地面和空中2個部分所構(gòu)成，比如，數(shù)據(jù)傳輸、天線以及電臺等，使得飛行控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控站之間能夠完成控制指令和數(shù)據(jù)傳輸，并且無人機(jī)和地面監(jiān)控站的相對距離至少要是 10km。

3、無人機(jī)航測在工程測繪中的應(yīng)用

3.1 無人機(jī)像控測量和影像快速拼接

和傳統(tǒng)航測不同，無人機(jī)在像控測量時，獲取到的影像數(shù)量比較多，且像幅較小，多數(shù)都是應(yīng)急測繪，不太適合于通過沖印相片來對像控進(jìn)行測量。與此同時，測量區(qū)域范圍之內(nèi)所包含的特征點(diǎn)一般比較多，故而在航飛之后，在進(jìn)行像控測量時，獲取到的像控點(diǎn)一般都在測區(qū)內(nèi)部均勻分布，在色彩鮮艷的對比度上，比較明顯，同時在影像方面具有較高的辨識度。當(dāng)獲取到影像后，快速地檢查其質(zhì)量，一旦和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)符合并在畸變預(yù)處理之后，按照每一張影像本身所對應(yīng)的相關(guān) POS數(shù)據(jù)，來對測區(qū)影像進(jìn)行快速的拼接。

3.2 空中三角測量

通過無人機(jī)處理軟件來進(jìn)行空三加密的計算，該軟件在自動化程度上比較高，通常處理過程只需要控制點(diǎn)文件、相機(jī)參數(shù)文件、POS 數(shù)據(jù)以及原始影像的準(zhǔn)備。因?yàn)楹骄€是呈 T 型形狀的，故而為了處理的方便性，通常的構(gòu)建航線是東航線和西航線，之后再通過 POS 數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)自動化的航帶創(chuàng)建，對連接點(diǎn)進(jìn)行自動的匹配以及提取，并自動地對粗點(diǎn)和差點(diǎn)進(jìn)行挑取，檢查好測區(qū)內(nèi)部連接點(diǎn)的分布是否足夠均勻，對部分連接點(diǎn)進(jìn)行手動增加，從而確保航線和模型之間的連接強(qiáng)度滿足要求。同時需要注意的是，在加點(diǎn)過程中，要確保與影像邊緣的距離要足夠大，防止相片邊緣發(fā)生比較大的變形。

結(jié)語：

總而言之，將無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用在工程測繪當(dāng)中，可以顯著增強(qiáng)測繪精度，縮短周期，提高效率，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航測技術(shù)的顯著缺點(diǎn)，提高了航測的精確性，與此同時，還降低消耗成本，優(yōu)勢較為顯著。然而需要注意的是，要想使得工程測繪的精確度和準(zhǔn)確性顯著提高，還需要對該技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的完善，使得其能夠最大限度地滿足工程在勘測過程中的需要，從而提高工程的質(zhì)量。