無人機(jī)低空航攝在農(nóng)田水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用

寧化展

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)田水利工程設(shè)施建設(shè)迎來了前所未有的重大機(jī)遇。在水利工程測(cè)繪中，強(qiáng)化運(yùn)用無人機(jī)低空航攝技術(shù)，提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與測(cè)繪效率，成為業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)課題之一?；诖?，介紹了應(yīng)用無人機(jī)低空航攝的優(yōu)勢(shì)，分析了無人機(jī)低空航攝的作業(yè)流程，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及數(shù)據(jù)解算等角度，探討了無人機(jī)低空航攝的數(shù)據(jù)處理問題。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)低空航攝;水利工程;測(cè)繪;應(yīng)用

文章編號(hào)：1004-7026（2020）06-0150-02? ? ? ? ?中國圖書分類號(hào)：S27? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

水利工程是社會(huì)生產(chǎn)生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，在調(diào)蓄水源、農(nóng)業(yè)灌溉、調(diào)水供水、調(diào)節(jié)微氣候等方面發(fā)揮著不可替代的關(guān)鍵作用。無人機(jī)低空航攝作為水利工程測(cè)繪實(shí)踐中的重要技術(shù)方法，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)極為突出，要不斷強(qiáng)化其應(yīng)用流程與技術(shù)控制，切實(shí)保障水利工程測(cè)繪工作的實(shí)效性。

1? 無人機(jī)低空航攝技術(shù)概述

按飛行載體的差異，無人機(jī)低空航攝分為固定翼與多旋翼航測(cè)系統(tǒng)，其主要構(gòu)成分為無人機(jī)載體、影像采集單元和飛行控制單元。按照既定規(guī)劃的航線，依照設(shè)定的飛行高度或相機(jī)采集分辨率，進(jìn)行地面建筑物與地形的快速航攝采集，將采集到的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入航攝處理軟件，如Pix4D或PhotoScan等，生產(chǎn)數(shù)字高程模型DEM與數(shù)字正射影像DOM，采用立體測(cè)圖的形式生產(chǎn)數(shù)字線劃圖成果，以滿足工程建設(shè)的需求。

無人機(jī)低空航攝無需人為駕駛，具有無人化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，且屬于低空飛行，具有較高的安全性。尤其是對(duì)于地形、地貌相對(duì)復(fù)雜的測(cè)繪區(qū)域，無人機(jī)低空航攝突破了傳統(tǒng)測(cè)繪方法在空間與時(shí)間上的限制，可以對(duì)測(cè)繪區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行細(xì)化深入測(cè)繪，更具典型優(yōu)勢(shì)。

2? 無人機(jī)低空航攝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1? 時(shí)效性強(qiáng)

在水利工程建設(shè)節(jié)奏不斷加快的背景下，采用無人機(jī)低空航攝技術(shù)，可進(jìn)行高強(qiáng)度、連續(xù)性的實(shí)時(shí)測(cè)繪，具有突出的時(shí)效性特征。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等方法的支持下，無人機(jī)低空航攝可廣泛應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水土保持、水域變化等領(lǐng)域，將所獲取到的調(diào)查數(shù)據(jù)信息通過信息化方式傳遞給管理平臺(tái)，極大程度地提高了水利工程的測(cè)繪效率。

2.2? 分辨率高

現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為無人機(jī)低空航攝提供了更為豐富的先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)手段，在水利工程測(cè)繪中所獲取到的圖像信息更加精準(zhǔn)，分辨率更高。為滿足現(xiàn)代化水利工程測(cè)繪的需求，無人機(jī)低空航攝的機(jī)動(dòng)性與靈活性得以顯著提高，實(shí)現(xiàn)了超低空循跡飛行，使地面影像清晰度更高，為水利工程的實(shí)施提供了更高品質(zhì)的測(cè)繪圖像[1]。

3? 無人機(jī)低空航攝在農(nóng)田水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1? 無人機(jī)低空航攝作業(yè)流程

科學(xué)合理的作業(yè)流程，有助于提高無人機(jī)低空航攝效率和測(cè)量精度。

3.1.1? 像控點(diǎn)布設(shè)

像控點(diǎn)布設(shè)是無人機(jī)低空航測(cè)的首要步驟，該環(huán)節(jié)需要按照特定比例，針對(duì)水利工程目標(biāo)測(cè)繪區(qū)域布設(shè)像控點(diǎn)。為有效提高無人機(jī)低空航攝精度，可采用差分定位測(cè)量方式，合理控制像控點(diǎn)布設(shè)密度。對(duì)于地形、地貌相對(duì)復(fù)雜的水利工程測(cè)繪區(qū)域，可適當(dāng)加大像控點(diǎn)布設(shè)密度，以充分確保測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性[2]。

3.1.2? 航線規(guī)劃

航線即無人機(jī)低空飛行的特定路線。在規(guī)劃航線中，要全面探勘水利工程測(cè)繪區(qū)域客觀環(huán)境，結(jié)合無人機(jī)性能、飛行高度、比例尺、測(cè)繪面積等參數(shù)指標(biāo)綜合設(shè)定，最大限度減少無人機(jī)低空飛行所遭遇的外界干擾，適當(dāng)遠(yuǎn)離高壓線桿、高大樹木等。要設(shè)定具體的航向重疊度和旁向重疊度，盡量提高測(cè)繪目標(biāo)區(qū)域覆蓋率，權(quán)衡設(shè)定無人機(jī)低空飛行方向和飛行速度等。

3.1.3? 飛行作業(yè)

飛行作業(yè)是無人機(jī)低空航攝的關(guān)鍵步驟，其嚴(yán)謹(jǐn)性與規(guī)范性直接決定著最終測(cè)繪數(shù)據(jù)與圖像繪制效果。在飛行作業(yè)中，要密切結(jié)合飛行時(shí)間段內(nèi)天氣、云層、空氣濕度等指標(biāo)，選擇在外界條件良好的天氣條件下進(jìn)行航攝。無人機(jī)的起降點(diǎn)位置宜選擇開闊、平坦區(qū)域。在飛行作業(yè)前，要對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行性能調(diào)試，使其保持良好的工作狀態(tài)，提高測(cè)繪數(shù)據(jù)信息的傳輸效率，避免因不必要的故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷。當(dāng)無人機(jī)低空航攝飛行至特定高度時(shí)，可啟用自動(dòng)飛行模式，使無人機(jī)按照既定飛行路線進(jìn)行自動(dòng)測(cè)繪。飛行作業(yè)過程中，要時(shí)刻關(guān)注無人機(jī)飛行姿態(tài)等狀況，對(duì)觀察到的異常問題及時(shí)作出處理。

3.2? 無人機(jī)低空航攝數(shù)據(jù)處理

3.2.1? 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理階段是為了統(tǒng)籌整理測(cè)繪數(shù)據(jù)，提取有效數(shù)據(jù)信息，為數(shù)據(jù)解算提供必要條件。該過程需導(dǎo)出無人機(jī)機(jī)載設(shè)備內(nèi)存卡中的測(cè)繪數(shù)據(jù)，并結(jié)合水利工程基本信息進(jìn)行充分比對(duì)，構(gòu)建航攝影像縮略圖。剔除相對(duì)失真、模糊的數(shù)據(jù)，在充分整理航帶的基礎(chǔ)上，將無人機(jī)機(jī)載攝像設(shè)備的相對(duì)校驗(yàn)參數(shù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，核定平面控制網(wǎng)的相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，準(zhǔn)確判斷水利信息收集位置。在此基礎(chǔ)上，再設(shè)定科學(xué)規(guī)范的高程控制網(wǎng)。

3.2.2? 數(shù)據(jù)解算

數(shù)據(jù)解算是對(duì)無人機(jī)低空航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行深化處理與運(yùn)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到航攝工作的最終效果。要立足于數(shù)據(jù)解算系統(tǒng)，將導(dǎo)出的航攝數(shù)據(jù)信息輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，有效匹配水利工程位置信息，并對(duì)校驗(yàn)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化微調(diào)。在航攝數(shù)據(jù)處理編輯器中，針對(duì)控制坐標(biāo)范圍，結(jié)合像控點(diǎn)布局與密度，對(duì)各個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)作出科學(xué)規(guī)范的技術(shù)標(biāo)注，處理航攝數(shù)據(jù)圖像的細(xì)部節(jié)點(diǎn)，使解算精度滿足農(nóng)田水利工程測(cè)繪的需求。部分精度對(duì)比情況統(tǒng)計(jì)見表1。

4? 結(jié)束語

受應(yīng)用技術(shù)、測(cè)繪方法、數(shù)據(jù)處理等方面的影響，無人機(jī)低空航攝在水利工程測(cè)繪中依舊存在著諸多薄弱環(huán)節(jié)，制約著水利工程測(cè)繪質(zhì)量的優(yōu)化提升。因此，從水利工程測(cè)繪的客觀需求出發(fā)，充分遵循無人機(jī)低空航攝的基本應(yīng)用規(guī)律，創(chuàng)新航攝應(yīng)用理念，優(yōu)化航攝應(yīng)用流程，為提高水利工程測(cè)繪的準(zhǔn)確性提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋雪蓮，阮璽睿，馬茹菲.基于Context Capture的無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維建模[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（21）：103-104，128.

[2]張啟元，張繼魯.無人機(jī)航攝技術(shù)在高原峽谷區(qū)水利工程中的應(yīng)用[J].青海師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，29（3）：165-168.