論無人機航測技術的應用與實踐

楊傳榮

摘要：無人機航測遙感技術是繼衛(wèi)星遙感和飛機遙感之后發(fā)展起來的一種新的航空遙感技術，廣泛應用于應急測繪、國土資源監(jiān)測、重大工程建設等領域。這是一種靈活且快速的航空勘測技術。但仍存在圖像重疊不規(guī)則、圖像范圍小、圖像傾角大、旋轉(zhuǎn)角度大、圖像失真明顯等問題，對現(xiàn)有的無人機航測技術提出了挑戰(zhàn)。

關鍵詞：無人機；航測；應用；實踐

1 引言

無人機航測技術作為航空攝影測量系統(tǒng)的重要組成部分，以其獨特的優(yōu)勢正逐漸得到廣泛的應用。本文闡述了無人機航測的概念，無人機航測系統(tǒng)的組成，無人機航測的優(yōu)勢和應用，以及無人機航測的發(fā)展前景。

2 無人機攝影測量系統(tǒng)的組成

2.1 硬件組成

無人機測繪遙感系統(tǒng)由無人機飛行平臺、傳感器、飛行控制系統(tǒng)、地面監(jiān)測系統(tǒng)和地面運輸保障系統(tǒng)組成。我國成熟的飛行平臺有“垂直尾翼”無人機和“雙發(fā)”無人機“倒桅尾翼”無人機，搭載高端單反數(shù)碼相機。無人機飛行控制系統(tǒng)主要包括自動駕駛儀、GPS導航儀、姿態(tài)控制器、高度計、氣壓計等。關鍵技術是GPS導航控制的定點曝光技術和攝像機旋轉(zhuǎn)校正技術。地面監(jiān)控系統(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)、監(jiān)控軟件系統(tǒng)和維護系統(tǒng)。

2.2 軟件組成

無人機航拍和圖像處理比傳統(tǒng)的航測要復雜得多。為了保證航拍質(zhì)量，需要準確的航拍規(guī)劃、快速的航拍質(zhì)量檢查和快速的圖像預處理。要完成這些任務，需要配置相應的軟件。精確航拍任務規(guī)劃軟件主要用于航拍任務規(guī)劃。其功能包括：設計成果統(tǒng)計與制圖、自動/半自動航拍分區(qū)、自動布線、自動調(diào)整曝光點間距與路線間距、保證立體觀測重疊指標、修改編輯曝光點、路線功能、幀路線、基站布局功能、照片數(shù)量、路線長度、距離等。統(tǒng)計報告。航空攝影質(zhì)量的軟件快速檢查包括以下技術內(nèi)容：快速瀏覽圖像質(zhì)量，檢查重疊指數(shù)檢查偏轉(zhuǎn)角索引，自動圖像預覽指數(shù)映射，自動批號的圖像，輸出航空攝影質(zhì)量檢驗的統(tǒng)計報告，和快速檢查飛行數(shù)據(jù)覆蓋，以便決定補飛和撤場的問題。同時直接關系到作業(yè)效率，飛行質(zhì)量檢查與評價。最核心的指標是重疊度和旋偏角，必須滿足航測規(guī)范的要求。兩張相鄰航片，通過一對同名點即可根據(jù)影像寬度計算重疊度和旋偏角，數(shù)字航片原始片像素數(shù)固定，按照同樣方式重采樣后的預覽片也可計算重疊度。

圖像快速預處理軟件的主要目的是對無人機航拍圖像的像差進行校正?；趫D像校正變換的像差校正軟件是為了提高攝影測量的精度，便于后期處理中模型間的相對定向。軟件包括以下技術功能：

⑴批處理讀入TIF格式原始影像數(shù)據(jù)。

⑵讀入相機參數(shù)文件。

⑶自動完成畸變差改正。

⑷對影像上像點坐標進行系統(tǒng)誤差改正。

3 無人機航測作業(yè)流程

無人機航測總體作業(yè)流程：見圖1所示。

4 無人機航測的優(yōu)點

基于無人機的航空攝影測量是對傳統(tǒng)航空攝影測量的補充。它具有其他測量方法所沒有的優(yōu)點。

4.1 成本低廉

設計和生產(chǎn)成本較低，因為不需要攜帶飛行員，也不需要安裝導飛行員的驅(qū)動設備、語音通信和安全設備。與此同時，飛機的尺寸可以非常小，在設計分解和折疊時，飛機在平時存放或運輸時只占用很小的空間，運輸方便。

4.2 低高度飛行

無人機可以在千米以下的高度飛行，可以獲取大規(guī)模、高精度的圖像。它在獲取本地信息方面具有很大的優(yōu)勢。與此同時，因為它可以在云層下飛行，清晰的圖像數(shù)據(jù)仍然可以在多云天氣條件下獲得，從而降低了天氣對行動的影響。

4.3 快速航測反應能力

在無人機航測實際操作過程中，主要在低空飛行，受氣候條件影響較小。對起飛和降落地點也沒有很大的要求，只要它們相對平坦即可。同時，由于無人機航測中沒有駕駛員操作，不需要擔心人員安全；起飛前的準備時間很短，通常只有15分鐘，操作也比較簡單；由于空域的影響較小，可以實現(xiàn)手工測量的不可達性，提高測量效率，擴大測量范圍。

5 無人機航測應用前景

5.1 自然災害監(jiān)測

災害種類繁多，地形復雜?；跀?shù)字正射影像圖，可以在災害發(fā)生前進行相應的預防工作；在災害發(fā)生時，我們可以及時了解災害的狀態(tài)，預測災害的蔓延趨勢，做出應急決策；災害發(fā)生后，我們可以進行災后損失評估，并做好相應的災后恢復工作。

5.2 城鎮(zhèn)建設規(guī)劃

基于高分辨率城市圖像映射，現(xiàn)有的城市規(guī)模結構、職能部門和空間布局合理調(diào)整，和布局規(guī)劃區(qū)域交通、通信、能源、供水、排水和防洪可以科學地制定，以便充分發(fā)揮城市總體效益。

5.3 土地資源監(jiān)察

因為無人機遙感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有快速和移動，實時視頻傳輸、高風險區(qū)域檢測安全、低成本、靈活等等，它可以檢測和阻止非法土地使用、濫用耕地，破壞生態(tài)環(huán)境，盡快，使國土資源監(jiān)測工作更加快速、高效和直觀。它將成為土地資源監(jiān)測的主人。遙感數(shù)據(jù)采集工具

5.4 交通部門應用

基于數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型，方便交通部門規(guī)劃、選擇新建公路、鐵路，估算工程量；無人機遙感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠及時監(jiān)測交通擁堵的范圍和程度（如2008年初京珠高速公路受冰雪災害影響的交通擁堵情況），便于交通部門科學排險與應急預案。

5.5 無人機航測技術在輸電線路中的應用

除超高壓、特高壓和跨區(qū)電網(wǎng)等大型工程快速建設外，一些局部改線、接線工程也越來越多，此類工程規(guī)模雖小、路徑較短、但工期要求特緊。例如，傳統(tǒng)的航測技術由于勞動強度高、運行周期長、生態(tài)環(huán)境破壞大，不能滿足整個電網(wǎng)項目信息化建設和智能電網(wǎng)建設的長期需求；傳統(tǒng)的航空測量技術由于流程復雜，空域控制的機動性差，周期長，成本高。利用無人機航測可以避免這些問題。

6 結語

無人機航測系統(tǒng)靈活、高效、快速、準確、安全可靠、節(jié)約成本。該系統(tǒng)應用廣泛，具有快速響應能力。無人機（UAV）航測系統(tǒng)是當前低空快速航測中的一個熱點。采用無人機進行航測的要求低，成本低。它不需要專業(yè)的飛行員或機場等相關設施，大大節(jié)省了飛行成本。同無人機數(shù)字航測系統(tǒng)具有便攜、快速、靈活等特點。在測繪數(shù)據(jù)時，可以快速得到最大值：剔除粗差后控制點和檢查點的最大值。

參考文獻

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（作者單位：江蘇易圖地理信息科技股份有限公司）