無人機攝影測量與RTK在水運工程中應用研究

魏小明

（中交二航院工程咨詢監(jiān)理有限公司，武漢430060）

1 引言

與傳統(tǒng)的測繪技術相比，無人機攝影測量技術有著靈活性好、適應性強的特點，在工程測繪中發(fā)揮著重要的作用，通過無線遙控設備、計算機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對無人機的控制與規(guī)劃，保證無人機可以在有限的范圍內(nèi)獲得可靠的數(shù)據(jù)信息。RTK 與無人機攝影測量技術的結合可以通過對飛行參數(shù)的修正等獲得精度更高的測量數(shù)據(jù)，具有可視化功能，其獲得的數(shù)據(jù)可以為水運工程勘察等提供重要的指導。

2 無人機測量作業(yè)的基礎流程設計

無人機攝影過程中，需要借助電臺數(shù)據(jù)實現(xiàn)對無人機飛行航線的控制，無人機飛行的相關參數(shù)會影響到測量結果的準確性，這就要求在無人機攝影測量技術應用過程中，需要結合測量區(qū)域的實際情況，科學設計無人機飛行的相關參數(shù)，以保證數(shù)據(jù)采集的精確性與有效性。而無人機攝影測量與RTK技術的結合可以使其在測量過程中實時監(jiān)測飛機飛行的狀態(tài)與軌跡，從而獲得精度更高的數(shù)據(jù)。而DOM 與DEM 數(shù)據(jù)疊加的效果，更可以在系統(tǒng)中呈現(xiàn)出可視化的效果，進行三維狀態(tài)的模擬，對于工程勘察等具有重要的參考價值[1]。

在無人機攝影系統(tǒng)中，主要包括無人機駕駛平臺、飛行控制系統(tǒng)、地面遙控系統(tǒng)等部分，這些系統(tǒng)平臺對于無人機攝影數(shù)據(jù)的獲取起著至關重要的作用。數(shù)據(jù)獲取一般包含了需求分析、資料整理、航線設計、場地選擇、起飛、航拍、降落、航攝質量檢驗、數(shù)據(jù)預處理、航拍資料整合等過程。

通常情況下，無人機攝影系統(tǒng)在運行過程中，通過平行駕駛獲得精度較高的數(shù)據(jù)，在地面遙控系統(tǒng)的支持下，無人機飛行過程中可以獲得海量的數(shù)據(jù)信息。在陣列相機與飛行系統(tǒng)控制的基礎上，相關人員需要重視地面遙控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合，從而提高無人機系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取流程的效率，保證獲取的數(shù)據(jù)資料應用的可靠性，使其為后期的決策活動提供重要的參考依據(jù)。

3 無人機定位中RTK輔助技術的應用

在無人機攝影測量過程中，如果采用普通的測量相機，就會使測量所獲得的圖像出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，在此基礎上，需要進行相片精度的檢校，對相片進行高精度的處理，使其能夠滿足測量要求。一般情況下，對于所獲得的圖像進行空間交會處理，就會獲得外方位元素，并得到可能影響光束形狀的影響因子，進而根據(jù)該分析結果，對相機內(nèi)方位原色加以計算與調整，使得方位元素的呈現(xiàn)更為清晰，在一定程度上避免影像畸變的發(fā)生。

RTK 技術所獲得的定位信息更為準確，滿足了工程測量對于目標實體的空間精度要求。無人機攝影測量技術與RTK技術的結合，可以保證無人機獲取更為準確的位置信息，使無人機可以按照預先設定的航線飛行，并且可以為飛行調整提供重要的支持[2]。無人機攝影測量與RTK 技術的結合使GPS與相機曝光同時進行，獲得的相應數(shù)據(jù)經(jīng)過必要的處理以后，直接得到像片的6 個外方位元素，建立各個像片之間的位置關系，為空中三角測量等提供了便利。

4 無人機航攝影像的快速處理

4.1 航攝影像空三加密處理

無人機攝影測量時，空中三角測量的坐標點與地面控制點之間會存在位置的偏差，因此，為了獲得更為精確的數(shù)據(jù)測量結果，就需要將地面控制點作為平差條件，然后根據(jù)計算公式，將其轉化為求解影像定向元素與測圖控制點坐標數(shù)據(jù)的問題。在此問題的處理上，可以利用野外控制測量工作到室內(nèi)的轉移來完成，這種測量方式保證了測量的質量與效率?？罩腥菧y量中包含了很多的測量方式，根據(jù)數(shù)據(jù)模型的來源與差異，可以分為航空法、獨立模型法、光束法。

獨立模型法在使用中需要進行延時攝影的數(shù)據(jù)測繪，隨后，在此基礎上，根據(jù)其單位差的坐標觀測值，求解控制點坐標，從而分析像點坐標的變化方向，使得坐標的原始觀測值更為清晰與可靠。這種測量方式在獲取數(shù)據(jù)時，一般采用平差處理的方式，從而使攝影獲得的影像更為清晰。

光束法在實際的測量任務中，是把攝影測量中的一個攝影光束作為一個平差計算單元，將像點坐標作為觀測值坐標，采用共線方程計算的方式求解其中的定向元素與控制點坐標。與其他測量方式相比，光束法測量的精度更高，對獲取的相關數(shù)據(jù)處理以后，需要用光束法進行平差計算，將相關的參數(shù)導入相機，實現(xiàn)自動匹配，對于一些點位不足的情況，需要人工加點，保證其處理的精度。

4.2 圖像快速拼接技術

無人機攝影測量過程中，飛行高度低、影像分辨率高是其明顯的測量優(yōu)勢，這種測量優(yōu)勢可以使其獲得的影像更為清晰，具體來說，無人機攝影系統(tǒng)中所包含的相機會受到像幅的約束，使得影像的地面覆蓋區(qū)域較小，就需要極多的影像資料來獲得更為清晰的圖像，這種情況下，測量區(qū)域內(nèi)正射影像圖必須進行多幅圖像的融合方可實現(xiàn)，因此，圖像快速拼接技術具有實施的必要性與重要意義。圖像快速拼接技術主要是利用計算機圖形學、色彩學等技術進行航拍圖像的空間匹配與對準，從而可以使得獲得的圖像不存在明顯的色差。無人機攝影測量技術的核心是自動識別技術，可以使其在實際的應用中進行圖像識別與匹配，獲得攝影所需要的圖像信息，提高其精確性。

對于無人機攝影所獲得的影像資料，如果其尺度變換較大，就可以采用尺度不變特征變換算法，從無人機攝影測量圖像中進行影像特征的提取。該算法的基本原理是借助于不同尺度影像的高斯差分核與原始圖象，產(chǎn)生多尺度的空間，在此空間內(nèi)尋找并提取極值點，也就是特征點，從而確定特征點的位置與方向，使得該位置與方向不受其他因素（如圖像縮放、旋轉、光線變化等）的影響[3]。在攝影信息大量存在的情況下，尺度不變特征變換算法可以在短時間內(nèi)準確找到特征點。但是，無人機在進行影像資料獲取的過程中，常常受到其他因素的干擾，使得其在特征點匹配中常常存在錯誤匹配的現(xiàn)象，嚴重影響了匹配的正確性，因此，需要在此過程中重視該問題的處理。

5 無人機攝影測量與RTK在水運工程中的應用

無人機在進行攝影測量的過程中，需要借助于航空飛行，進行相關測量區(qū)域內(nèi)空間數(shù)據(jù)的獲取，而在此過程中，DEM、DOM 等模型數(shù)據(jù)可以通過構建三維模擬情景，通過可視化功能，在系統(tǒng)內(nèi)獲得更為精確的信息。在水運工程中應用該模型，可以獲得更為真實、完整、可靠的數(shù)據(jù)，在這些空間數(shù)據(jù)的處理中，需要對高程模型用三維地表模型加以覆蓋處理，從而提升其數(shù)據(jù)處理的實際水平，獲得更為可靠的測量數(shù)據(jù)結果。

無人機在獲取了相關的影像資料以后，借助于該信息處理模型，尤其是該模型在水運工程中的應用，使得實際的平面問題轉移到了數(shù)據(jù)處理層中，在該信息與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，由于具有可視化與模擬等功能，還可以進行實際的施工模擬，從而使得該模擬效果可以為水運工程的勘察、規(guī)劃、設計等提供重要的數(shù)據(jù)支撐[4]。在水運工程的選址、規(guī)劃、設計等方面，模型所獲得的信息中包含了地上地下的地形地質因素、水文、波浪等，因此，可以為有關的工程決策提供支持。此外，無人機攝影測量中可以獲得DEM 與DOM 數(shù)據(jù)，還能夠疊加相關的水深數(shù)據(jù)，再經(jīng)由三維模擬以后，將所獲得的攝影信息以最直觀的方式呈現(xiàn)出來，從而為水運工程建設等提供重要的參考。

6 結語

隨著技術的發(fā)展，無人機攝影測量與RTK 技術在很多領域都得到了應用，尤其是在水運工程中的應用，取得了一定的應用效果。在實際的測量過程中，相關人員要充分根據(jù)數(shù)據(jù)處理流程，進行相關數(shù)據(jù)、影像資料的整合，提高攝影測量結果的準確性，保證其應用效果。