無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的探索與應(yīng)用研究

付國(guó)興

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院 ，黑龍江 哈爾濱 150080)

我國(guó)科學(xué)技術(shù)在飛速發(fā)展的進(jìn)程中，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，該技術(shù)與普通的測(cè)量技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，可為我國(guó)工程測(cè)量提供極大便利。無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的可操作性強(qiáng)，具有較快的響應(yīng)速度，加上產(chǎn)品種類(lèi)多樣，使之成為測(cè)繪行業(yè)不可缺少的工具。

1 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)量系統(tǒng)組成分析

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的構(gòu)成部件較多，主要包括飛行平臺(tái)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、POS設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、發(fā)射回收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及地面保障設(shè)備等。無(wú)人機(jī)能夠在空中飛行，其主要原因在于計(jì)算機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)的控制?，F(xiàn)階段，在工程測(cè)量中經(jīng)常使用的無(wú)人機(jī)有“垂直尾”型無(wú)人機(jī)、“倒梔尾”型無(wú)人機(jī)以及“雙發(fā)型”無(wú)人機(jī)。數(shù)碼相機(jī)在無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)中起到的作用非常顯著，工程測(cè)量中經(jīng)常使用的數(shù)碼相機(jī)品牌有佳能、尼康、飛思、索尼等。

2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 無(wú)人機(jī)航空攝影

2.1.1 航線(xiàn)設(shè)計(jì)方面

分段設(shè)計(jì)是無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)航線(xiàn)設(shè)計(jì)的主要方式，航線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)需要制定8個(gè)平臺(tái)高點(diǎn)位置。將其航線(xiàn)范圍控制在八分之一航程之內(nèi)，這樣可有效避免區(qū)域差過(guò)大的情況，每一部分的測(cè)量區(qū)域都會(huì)重疊一部分，為后續(xù)的測(cè)量提供便利。

2.1.2 地形選擇

航空攝影優(yōu)先選擇地表植被覆蓋較少的地形，也可以選擇完全沒(méi)有植被覆蓋的地形。攝影測(cè)量作業(yè)應(yīng)盡量避開(kāi)環(huán)境較為惡劣的區(qū)域，并依據(jù)攝影地形的差異性選擇合適的太陽(yáng)高度角。

2.2 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量控點(diǎn)布置

起始點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)優(yōu)先選擇C級(jí)、D級(jí)，將網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)與接收機(jī)連接，隨后再進(jìn)行測(cè)量工作。網(wǎng)絡(luò)RTK流動(dòng)站的操作有一定的具體要求，需要在CORS范圍內(nèi)進(jìn)行，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。在具體參數(shù)測(cè)量時(shí)，可以采用流動(dòng)站設(shè)點(diǎn)的模式，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。一般情況下，測(cè)量觀測(cè)次數(shù)不少于2次，每次測(cè)量觀測(cè)時(shí)都要嚴(yán)格審查相關(guān)內(nèi)容。

2.3 無(wú)人機(jī)攝影數(shù)據(jù)的處理

2.3.1 調(diào)整比例

影像畸變差是相機(jī)坐標(biāo)測(cè)量時(shí)需要借助的工具，此種測(cè)量方式與影像坐標(biāo)差異較大，其主點(diǎn)坐標(biāo)、非對(duì)稱(chēng)參數(shù)、對(duì)稱(chēng)參數(shù)、正比例系數(shù)是無(wú)人機(jī)攝影數(shù)據(jù)中常見(jiàn)的參數(shù)。

2.3.2 匹配DEM數(shù)據(jù)

DEM數(shù)據(jù)屬于高程內(nèi)容，依靠投影的方式便可完成該操作。目前，應(yīng)用頻率最高的軟件是PG軟件，在該軟件的支持下可完成數(shù)據(jù)采集工作，實(shí)現(xiàn)DEM數(shù)據(jù)的匹配[1]。

3 無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)的應(yīng)用流程

3.1 明確區(qū)域范圍

明確區(qū)域范圍是無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)應(yīng)用中的首要環(huán)節(jié)。測(cè)量人員需要選擇具有代表性的界址點(diǎn)，在GPS設(shè)備的支持下測(cè)量界址點(diǎn)的經(jīng)緯度，之后將測(cè)量得出的數(shù)據(jù)采用谷歌軟件進(jìn)行展示，依照所測(cè)量得出的數(shù)據(jù)為后期的測(cè)量工作提供參考。在實(shí)際的工程測(cè)量中，單體項(xiàng)目實(shí)際的測(cè)量范圍不大，在實(shí)測(cè)區(qū)域項(xiàng)目為單體項(xiàng)目的情況下，會(huì)對(duì)后期的測(cè)量工作帶來(lái)一定不便，增加后期測(cè)量工作的難度，并不利于提高測(cè)量單位的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)該問(wèn)題需要測(cè)量人員將相鄰的區(qū)域內(nèi)容合并成一個(gè)。在測(cè)量區(qū)域增大的情況下，只需要一個(gè)架次便可完成所有的測(cè)量工作，分區(qū)測(cè)量可保障測(cè)量數(shù)據(jù)的全面性。

3.2 設(shè)計(jì)航帶

以UV-2號(hào)無(wú)人機(jī)和尼康相機(jī)為例，f=36mm為實(shí)際拍攝焦距。其中航帶設(shè)計(jì)的具體參數(shù)如表1所示。

表1航帶設(shè)計(jì)的具體參數(shù)

3.3 布設(shè)測(cè)量像控點(diǎn)

通常情況下，像控點(diǎn)在項(xiàng)目區(qū)域范圍一般設(shè)置9個(gè)，且像控點(diǎn)的布設(shè)一般在較為穩(wěn)固的位置。在相對(duì)穩(wěn)固的位置可滿(mǎn)足高程測(cè)量對(duì)于具體數(shù)值的要求，并方便后期的平面測(cè)量，有助于落實(shí)好后期的測(cè)量檢驗(yàn)工作。在實(shí)際測(cè)量工作中，需要在控制點(diǎn)的位置埋設(shè)混凝土做的標(biāo)石，并采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方式完成。其中，頂面規(guī)格為40cm×40cm，地面實(shí)際規(guī)格為60cm×60cm。在標(biāo)石頂部的位置埋設(shè)鋼釘，并在測(cè)量中做好標(biāo)記工作，觀測(cè)儀可采用5mm+1ppm的接收機(jī)開(kāi)展作業(yè)[2]。

3.4 空三加密

如果數(shù)據(jù)處理采用的是空中三角測(cè)量的方式，在處理數(shù)據(jù)時(shí)需要采用影像輸入、內(nèi)部定向和連接點(diǎn)生成的方式，此種數(shù)據(jù)處理方式下可以生成相應(yīng)的質(zhì)量報(bào)告。隨后，根據(jù)成果數(shù)據(jù)完全恢復(fù)之前的原始模型，也可根據(jù)地面實(shí)際情況采用分層數(shù)據(jù)采集方式，得到數(shù)字正射影像圖。

4 無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的具體應(yīng)用

4.1 測(cè)量區(qū)域的規(guī)劃

工程測(cè)量中使用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，首先需要規(guī)劃實(shí)際的測(cè)量區(qū)域。測(cè)量區(qū)域的劃分盡可能細(xì)致，杜絕測(cè)量區(qū)域劃分不合理的問(wèn)題，測(cè)量區(qū)域劃分要與實(shí)際工作量相匹配。要做好前期準(zhǔn)備工作，避免無(wú)人機(jī)拍攝到測(cè)量工作不需要的場(chǎng)景，造成資源浪費(fèi)。工程測(cè)量中在使用無(wú)人機(jī)拍攝測(cè)量技術(shù)時(shí)，可將測(cè)量區(qū)域劃分為相對(duì)固定的形狀，為無(wú)人機(jī)拍攝提供方便[3-4]。

4.2 設(shè)計(jì)合理航線(xiàn)

受無(wú)人機(jī)自身特征的影響，要想完成長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量任務(wù)是不現(xiàn)實(shí)的。通常情況下，一個(gè)工程項(xiàng)目需要多臺(tái)無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)，一起完成航拍任務(wù)。因此，在測(cè)量之前需要工作人員全面檢查無(wú)人機(jī)性能，確保每臺(tái)無(wú)人機(jī)的線(xiàn)路完好無(wú)損，結(jié)合實(shí)際測(cè)量情況科學(xué)規(guī)劃測(cè)量線(xiàn)路。多臺(tái)無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)可確保拍攝畫(huà)面的完整性，極大提高拍攝效率。但是，在使用多臺(tái)無(wú)人機(jī)聯(lián)合拍攝時(shí)，要注意避免因時(shí)間差的影響導(dǎo)致拍攝區(qū)域不全面。

4.3 測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)的建立

測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)的建立是工程測(cè)量中使用無(wú)人機(jī)攝像測(cè)量技術(shù)不可缺少的環(huán)節(jié)。參與工程測(cè)量的人員需要積極構(gòu)建測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)，所謂區(qū)域控制網(wǎng)就是將一定的控制測(cè)量布點(diǎn)設(shè)置在測(cè)量區(qū)域內(nèi)，構(gòu)建其空中三角測(cè)量平差網(wǎng)。測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)內(nèi)需要在控制點(diǎn)的輔助下，對(duì)實(shí)際工程情況進(jìn)行測(cè)量?？杖用芸梢灾苯佑糜跍y(cè)量定向像片控制點(diǎn)平面位置和高程。在測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)的布置下可以為后期加密室內(nèi)控制點(diǎn)提供方便。目前，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)際測(cè)圖作業(yè)中所需的控制點(diǎn)和像片外方位元素可以為4D產(chǎn)品的生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)資料支撐。此外，在測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)內(nèi)構(gòu)建統(tǒng)一的坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中可以計(jì)算相應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控測(cè)量外控點(diǎn)

無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量與工程測(cè)量要緊密配合，兩者在協(xié)同配合的基礎(chǔ)上，可以確保拍攝工作的全面性以及拍攝數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。參與工程測(cè)量的工作人員需要科學(xué)合理地設(shè)置像控點(diǎn)，在設(shè)置像控點(diǎn)時(shí)，測(cè)量工作人員需結(jié)合測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，依照規(guī)劃流程確保像控點(diǎn)設(shè)置的合理性。立體建模是工程測(cè)量中一項(xiàng)尤為重要的任務(wù)，在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)需要工作人員結(jié)合外控點(diǎn)實(shí)際情況，分析外控點(diǎn)布置的合理性[5-7]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域均有所涉及，尤其是在工程測(cè)量中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用。工程測(cè)量在使用該技術(shù)時(shí)，需要嚴(yán)格按照既定流程執(zhí)行，確保無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到更加全面的體現(xiàn)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)測(cè)量技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。