無人機(jī)航空攝影測(cè)量內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)探討

陶美斌

(南寧市勘察測(cè)繪地理信息院，廣西 南寧 530000)

0 引言

當(dāng)前我國的科學(xué)技術(shù)在飛速發(fā)展，直接促進(jìn)了無人機(jī)低空拍攝技術(shù)的完善，無人機(jī)地形圖的繪制精度也得到了一定的提高。然而，隨著城市建設(shè)的不斷擴(kuò)展，無人機(jī)低空航拍技術(shù)需要取得進(jìn)一步的運(yùn)用與發(fā)展，才能夠真正滿足人們對(duì)于無人機(jī)航空測(cè)量的實(shí)際需求。本研究簡單描述了無人機(jī)航空測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)以及應(yīng)用過程，并且分析提高其質(zhì)量的有效策略。

1 無人機(jī)拍攝系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)無人機(jī)可以根據(jù)不同的天氣情況、地表狀態(tài)以及地面狀況對(duì)其進(jìn)行拍攝，天氣本身對(duì)于拍攝的影響相對(duì)較小，無人機(jī)也可以做到遠(yuǎn)程操作，更加方便快捷，能夠讓操作本身更加靈敏，而不再完全局限于天氣對(duì)地形測(cè)量的控制。(2)無人機(jī)使用成本相對(duì)較低，無論是平臺(tái)的搭建，還是無人機(jī)設(shè)備的日常維護(hù)、航拍設(shè)備的常規(guī)維護(hù)，其整體的管理成本都相對(duì)較低，但是所獲得的數(shù)據(jù)能夠滿足我國對(duì)于地形測(cè)量的實(shí)際需求。(3)無人機(jī)多為人為控制。無人機(jī)的飛行高度可高可低，根據(jù)無人機(jī)所航拍的地形需求進(jìn)行選擇。由于無人機(jī)航拍其不受到地域的影響，工作人員可通過無人機(jī)航拍攝影獲得想要的信息。比如，無人機(jī)在進(jìn)行低空航拍的過程中，由于其自身所帶的攝像機(jī)分辨率較高，可以獲得質(zhì)量非常高的信息，能夠滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，極大程度地提高數(shù)據(jù)的重疊度，進(jìn)而直接影響無人機(jī)的整體效果，并且體現(xiàn)得尤為明顯。(4)無人機(jī)可以隨時(shí)攜帶，方便在任意場(chǎng)所轉(zhuǎn)換的工作，并不需要特意申請(qǐng)?jiān)摰孛娴目沼嗝娣e。隨著無人機(jī)航拍攝影系統(tǒng)的運(yùn)用越來越廣泛，其優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)出來，越來越多的人開始重視無人機(jī)的應(yīng)用。無人機(jī)的應(yīng)用能夠幫助社會(huì)和科技發(fā)展，而小型無人機(jī)在地面上的觀測(cè)作用也已經(jīng)成為國際上的研究熱點(diǎn)[1-2]。

2 無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用流程

在無人機(jī)航拍測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用過程中，應(yīng)明確其應(yīng)用流程，其中包括以下幾點(diǎn)。(1)嚴(yán)格篩選無人機(jī)種類。由于拍攝的對(duì)象存在一定區(qū)別，在選擇無人機(jī)攝影的種類時(shí)，也需要考慮到無人機(jī)能夠根據(jù)對(duì)象本身的選擇進(jìn)行測(cè)定。無人機(jī)的操作人員在開展操作時(shí)，首要考慮的內(nèi)容就是本次操作的重點(diǎn)目標(biāo)，需要對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行具體分析?？紤]到重點(diǎn)目標(biāo)所具有的特性以及針對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的一系列測(cè)量實(shí)際要求，挑選最適合該地區(qū)測(cè)量的無人機(jī)。由于無人機(jī)的種類較多，在選擇無人機(jī)時(shí)也需要考慮到該地區(qū)的天氣、環(huán)境，如何進(jìn)行拍攝以及無人機(jī)機(jī)翼等一系列問題，提高無人機(jī)航拍攝影的整體效果。(2)掌握測(cè)量區(qū)域的最新信息。由于測(cè)量區(qū)域經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)一定的變化，在實(shí)際利用無人機(jī)開展航空攝影測(cè)量時(shí)，應(yīng)考慮到該區(qū)域的相關(guān)資料信息，并且對(duì)所有的信息進(jìn)行整合。以往在開展無人機(jī)航拍測(cè)量時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為無人機(jī)模擬人工運(yùn)作可以完全忽視人的作用和意義，甚至有一些工作人員并沒有對(duì)該地區(qū)的實(shí)際狀況進(jìn)行了解，導(dǎo)致無人機(jī)在運(yùn)作時(shí)出現(xiàn)了一系列故障，工作人員卻不知道故障的原因和位置，導(dǎo)致在實(shí)際工作開展時(shí)，其質(zhì)量逐步下降，工作時(shí)間不斷延后。因此，要求工作人員在實(shí)際應(yīng)用無人機(jī)時(shí)考慮該無人機(jī)所在區(qū)域的整體狀態(tài)。(3)設(shè)計(jì)航攝路線。航攝路線直接影響無人機(jī)航攝的整體質(zhì)量，也關(guān)系到無人機(jī)的整體測(cè)量質(zhì)量。應(yīng)在不同地區(qū)進(jìn)行區(qū)域信息設(shè)計(jì)分析與整合的過程中，合理選擇最適合該地區(qū)攝影的飛行路線，讓無人機(jī)的飛行路線得到真正的優(yōu)化。除此之外，設(shè)計(jì)好的航線路線也需要在實(shí)際應(yīng)用之前開展相關(guān)的模擬測(cè)試。(4)由于測(cè)量區(qū)域的地形數(shù)據(jù)與信息直接影響無人機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理，需要掌握該區(qū)域的地形信息。(5)運(yùn)用數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map，DOM)與數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)軟件，提高成像的可靠性。針對(duì)成像的處理結(jié)果需要進(jìn)行復(fù)查，如果發(fā)現(xiàn)有哪部分存在偏差，可以及時(shí)進(jìn)行糾錯(cuò)。

3 無人機(jī)測(cè)量中的內(nèi)外業(yè)一體化質(zhì)量控制

3.1 像片的有效控制

在實(shí)際設(shè)計(jì)每一條飛行線路時(shí)，都應(yīng)該確保線路與線路之間的間隔處于合理且科學(xué)的狀態(tài)，確保影片的整體成像效果能滿足需求。在攝影測(cè)量的途中，需要確保整個(gè)測(cè)量區(qū)域的完整性，對(duì)其進(jìn)行全面覆蓋，讓該區(qū)域的航攝測(cè)量效果滿足需求，并且不斷減小測(cè)量的誤差。在測(cè)量區(qū)域內(nèi)無人機(jī)航攝的路線應(yīng)該不小于5條，確保每一條航線與航線之間有相同的相片傾斜角、飛行路線的彎曲度以及旋轉(zhuǎn)角，并且符合我國的相關(guān)規(guī)定，保證相片的控制效果以及成像質(zhì)量。像控點(diǎn)的布設(shè)和編號(hào)需要注意以下兩點(diǎn)。(1)像控點(diǎn)在實(shí)際布設(shè)時(shí)需要注重布設(shè)的全面性，其目的是確保在無人機(jī)航攝的過程中，整個(gè)測(cè)量區(qū)域得到全覆蓋，并且提高其測(cè)量的整體性與完整性。需要注重?zé)o人機(jī)像控點(diǎn)布設(shè)的科學(xué)性以及合理性，確保操作人員的操作效果。還需要復(fù)查像控點(diǎn)的布置是否合理。(2)對(duì)所有的像控點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，提升無人機(jī)航行的效果。

3.2 影像預(yù)處理

無人機(jī)航空拍攝系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)，其主要的拍攝任務(wù)交給無人機(jī)所安裝的數(shù)碼相機(jī)完成。多數(shù)情況下，相機(jī)的參數(shù)性能直接影響無人機(jī)航空攝影測(cè)量的效果[3]。由于不同的相機(jī)本身存在相對(duì)較大的偏差，沒有經(jīng)過處理就攝影，后續(xù)工作難以為繼。因此，當(dāng)前我國無人機(jī)航空攝影工作仍舊缺乏高精度的室內(nèi)外檢測(cè)場(chǎng)地。

3.3 空中三角測(cè)量

在空中三角測(cè)量過程中應(yīng)做好以下3個(gè)方面，提高工作的整體效果。(1)對(duì)空三角所經(jīng)過的全部像控點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并且聯(lián)系平差計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行深入分析。由于無人機(jī)航空攝影測(cè)量內(nèi)外業(yè)一體化的過程中，需要對(duì)所有的外控點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量、提升外控點(diǎn)的測(cè)量工作質(zhì)量，首先，需要對(duì)已經(jīng)確定的測(cè)量區(qū)域進(jìn)行像控點(diǎn)的布置。由4個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)行整體的測(cè)量評(píng)定，借助模仿功能對(duì)精準(zhǔn)度a目標(biāo)的測(cè)量工作進(jìn)行分析，剩下的像控點(diǎn)完成對(duì)a目標(biāo)的精準(zhǔn)度分析，需要兩名操作人員對(duì)所有的像控點(diǎn)進(jìn)行掌控，同時(shí)需要應(yīng)用外業(yè)工序，在無人機(jī)測(cè)量的過程中加入計(jì)算基礎(chǔ)的控制點(diǎn)，提高空中三角的加密任務(wù)精準(zhǔn)度。為了盡可能控制實(shí)際測(cè)量時(shí)的偏差，需要利用最大化的實(shí)物分析對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，并且不斷消除無人機(jī)航空攝影測(cè)量的誤差。(2)區(qū)域空三角測(cè)量。這種外方位元素需要考慮到對(duì)空三測(cè)量的整體精準(zhǔn)度，其直接影響無人機(jī)航測(cè)的整體效果。需要嚴(yán)格把控區(qū)域網(wǎng)空中三角的測(cè)量精準(zhǔn)度。(3)數(shù)字線劃地圖(Digital Line Graphic，DLG)生成的外業(yè)操作。DLG能收集并且保存所有的無人機(jī)航空測(cè)量地形、空間要素以及相關(guān)的基本信息、基本屬性功能，讓地圖的數(shù)字規(guī)劃達(dá)到最好的表現(xiàn)效果，并且通過數(shù)據(jù)了解該區(qū)域的整體測(cè)量質(zhì)量。事實(shí)上，DLG不僅有保存信息以及分析數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的功能，也是高現(xiàn)代化、高科技性的工具，能夠進(jìn)一步幫助無人機(jī)完成航空拍攝測(cè)量任務(wù)。并且對(duì)所有的數(shù)據(jù)量進(jìn)行及時(shí)的更新與管理，利用DLG生成的專題地圖的成效率更高，其質(zhì)量也能滿足實(shí)際需求，可以幫助工作人員以及數(shù)據(jù)分析人員分析該地區(qū)的地形以及實(shí)際需求。在無人機(jī)航攝過程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些特殊的地形，無人機(jī)航攝的真實(shí)性也難以在特殊地形下得以保證。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，需要放棄使用無人機(jī)測(cè)量技術(shù)，并且采用傳統(tǒng)的測(cè)量方式對(duì)該位置進(jìn)行地形圖的測(cè)量與測(cè)繪。因此，需要外業(yè)技術(shù)人員對(duì)無人機(jī)航攝的實(shí)際情況進(jìn)行補(bǔ)測(cè)分析，將補(bǔ)測(cè)的數(shù)據(jù)與無人機(jī)航測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)。要求技術(shù)人員將專業(yè)性與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相融合。作為技術(shù)人員也應(yīng)該明白，由于DLG可以在最短的時(shí)間內(nèi)形成專題地圖，并且所需要的數(shù)據(jù)量相對(duì)減少，可以滿足我國利用無人機(jī)開展航空攝影測(cè)量內(nèi)外業(yè)一體化的需求，也能減少使用的數(shù)據(jù)量，滿足信息系統(tǒng)對(duì)空間分布的不同需求，并且更加方便系統(tǒng)分析與系統(tǒng)決策。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，科技存在的目的就是幫助社會(huì)創(chuàng)新，并且讓生活變得更加便利。無人機(jī)存在的目的就是提高我國地形圖測(cè)繪的整體質(zhì)量、滿足測(cè)圖需求。當(dāng)前利用無人機(jī)航空攝影技術(shù)，能夠?yàn)槲覈_展各種地形的測(cè)量以及城市建成提供質(zhì)量更好、操作更簡單、成本更低但技術(shù)更精湛的支持。