低空無人機(jī)遙感在水利工程測(cè)繪中的應(yīng)用研究

何龍 苑攀峰

邯鄲市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河北邯鄲 056000

無人機(jī)具有靈活、快速、廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)，可以深入到人們無法進(jìn)入的位置進(jìn)行水利工程測(cè)繪。隨著技術(shù)的發(fā)展，低空無人機(jī)遙感技術(shù)正在變成水利工程測(cè)繪工作中的重要手段，可以幫助技術(shù)人員充分了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況。

1 低空無人機(jī)遙感技術(shù)概述

無人機(jī)就是無人駕駛的，可遙控或者自動(dòng)飛行飛行器，其優(yōu)勢(shì)在不同的方面都有體現(xiàn)。利用無人機(jī)搭載影像設(shè)備，能在很多人力不容易到達(dá)的地方錄制影像資料，并且隨著影像技術(shù)的提升，很多無人機(jī)搭載的影像設(shè)備都具備很高的清晰度，能滿足專業(yè)影像的大比例、高清晰度的要求。目前，低空無人機(jī)遙感技術(shù)已經(jīng)能滿足地形測(cè)量拍攝的需要，并且在起降的過程中，并不會(huì)有太多的限制條件，無論是穩(wěn)定性還是經(jīng)濟(jì)性，都比傳統(tǒng)的測(cè)繪效果更好。同時(shí)，由于項(xiàng)目地點(diǎn)的特殊地貌和氣候條件的影響，多數(shù)時(shí)候會(huì)處在人無法達(dá)到的位置，利用無人機(jī)進(jìn)入，能避免出現(xiàn)拍攝死角。同時(shí)，很多無人機(jī)具有非常強(qiáng)的自動(dòng)化水平，可以搭載不同的傳感器，利用影像、紅外等方式能作出不同領(lǐng)域的自動(dòng)化測(cè)繪，對(duì)地形地物的特征點(diǎn)捕捉更加詳細(xì)，對(duì)于研究水利工程中各種地形環(huán)境的影響設(shè)計(jì)研究工作順利進(jìn)行，提供更精確細(xì)致的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)[1]。

2 無人機(jī)在水利工程中的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

使用無人機(jī)最直接的優(yōu)點(diǎn)在于成本非常低，無人機(jī)不需要駕駛員，而且是機(jī)體的體積比較小，易于運(yùn)輸和存放。在部署上，具有全天候、全時(shí)段作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，能夠深入危險(xiǎn)地區(qū)作業(yè)，最大幅度上避免了人員傷亡。無人機(jī)可以深入到惡劣的飛行環(huán)境中，只要程序設(shè)計(jì)合理、遙控人員穩(wěn)定，無人機(jī)在空中滯留的時(shí)間就不會(huì)太長(zhǎng)。在維護(hù)上，無人機(jī)依靠自身簡(jiǎn)單的構(gòu)造也有維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)，操作人員的訓(xùn)練成本也比較低，只需要學(xué)習(xí)一定的理論知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)就能順利完成對(duì)無人機(jī)的操控。

2.2 無人機(jī)的缺陷

使用無人機(jī)進(jìn)行水利工程影像測(cè)繪時(shí)，飛行的過程中容易受到其他無電線信號(hào)和人員因素的干擾，如果發(fā)生比較嚴(yán)重的電磁干擾，那么無人機(jī)飛行就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。其次，如果需要測(cè)量的數(shù)據(jù)量比較大，或者傳輸系統(tǒng)受到了干擾，無人機(jī)的操控系統(tǒng)也會(huì)有一定的延遲性，影響救援和測(cè)繪的速度。

3 水利工程測(cè)繪中的低空無人機(jī)遙感技術(shù)

3.1 影像獲取技術(shù)

在水利工程中發(fā)揮作用的飛行設(shè)備非常多，包括飛行器平臺(tái)、動(dòng)態(tài)差分GPS、光譜成像儀、激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等等。無人機(jī)設(shè)備是在應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)地形測(cè)繪的設(shè)備多樣化，并且軟件系統(tǒng)也比較豐富，包括圖像處理軟件、GIS系統(tǒng)、飛行系統(tǒng)等等。另一方面，無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)也是無人機(jī)操控的重要支撐，使用飛行系統(tǒng)可以將設(shè)備運(yùn)送到預(yù)定好的位置，并且根據(jù)水利工程測(cè)繪的需要，針對(duì)性地進(jìn)行拍攝等工作。無人機(jī)的飛行系統(tǒng)能對(duì)航線進(jìn)行規(guī)劃工作，以及記錄無人機(jī)飛行過程中的各方面情況，包括飛行姿態(tài)、航程、云臺(tái)等等，所有數(shù)據(jù)都會(huì)向地面信息系統(tǒng)同步。地面系統(tǒng)則能夠針對(duì)接到的信息數(shù)據(jù)，對(duì)飛行路線優(yōu)化，以及接收無人機(jī)發(fā)出的影像資料。

在測(cè)繪中的過程中，測(cè)繪人員只需要根據(jù)水利工程測(cè)繪的需求來選擇相關(guān)的設(shè)備，保證影像的質(zhì)量并且保證圖像獲取的速度，有效測(cè)繪地區(qū)的各方面情況。也能確保后期利用這些數(shù)據(jù)來進(jìn)行地區(qū)測(cè)繪，更好的為水利工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

3.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

對(duì)水利工程進(jìn)行測(cè)繪的工作中，無人機(jī)會(huì)搭載測(cè)量型數(shù)碼相機(jī)，拍攝影像是會(huì)出現(xiàn)鏡頭畸變的問題，為了保證圖像的可用性，就需要在拍攝過程中對(duì)畸變參數(shù)作出調(diào)整，以便快速獲得數(shù)據(jù)信息。在對(duì)數(shù)據(jù)處理的過程中，測(cè)繪人員需要對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)影響下的影像資料作出針對(duì)性處理，例如統(tǒng)一圖像的色彩和光線，確保影響匹配中的穩(wěn)定性。并且，測(cè)繪人員也要全面、深入把握飛行控制系統(tǒng)的功能和作用，以及準(zhǔn)確記錄工程信息數(shù)據(jù)。

為了提升影像匹配的精確性，可以采用同名點(diǎn)匹配的方式，讓影像匹配的搜索范圍縮小，確保匹配精度。在完成同名點(diǎn)匹配之后，測(cè)繪人員就可以根據(jù)地區(qū)各方面的實(shí)際情況，進(jìn)行自由平網(wǎng)差。之后，再向地圖內(nèi)加入控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)信息等等，確保精確完成絕對(duì)定向。在進(jìn)行處理的過程中，必須要對(duì)測(cè)區(qū)地面影像做好針對(duì)空中的三角測(cè)量加密工作，利用地面的控制點(diǎn)，來對(duì)地形地貌進(jìn)行測(cè)繪，獲得一系列影像資料，以及獲取項(xiàng)目地點(diǎn)測(cè)繪范圍內(nèi)各個(gè)方面的加密點(diǎn)的云數(shù)據(jù)。

4 低空無人機(jī)遙感技術(shù)在水利工程測(cè)繪中的案例分析

4.1 案例簡(jiǎn)介

某地區(qū)擁有發(fā)達(dá)的水利條件，當(dāng)?shù)卣册槍?duì)性地發(fā)展水利建設(shè)，開發(fā)水利資源。在某水電工程位置，周邊有茂盛的植被，較高的山崖陡坡，交通不便人力難以到達(dá)，所以給對(duì)當(dāng)?shù)氐乃こ虦y(cè)繪造成了非常大的難度。為此，負(fù)責(zé)人員選擇了低空無人機(jī)遙感技術(shù)來彌補(bǔ)當(dāng)?shù)貙?shí)地勘察的不足[2]。

4.2 項(xiàng)目實(shí)施步驟

該項(xiàng)目的過程包括航攝分區(qū)、航攝實(shí)施、后期影像處理、影像質(zhì)量檢查、影像再處理。確定采用低空無人機(jī)遙感技術(shù)后，工作人員針對(duì)平均海拔、地貌特征等因素對(duì)航攝區(qū)域進(jìn)行了航線部署。

航攝的實(shí)施步驟為：無人機(jī)根據(jù)計(jì)劃進(jìn)入場(chǎng)地，然后進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試工作。在完成航攝儀的鏈接工作后，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行通電檢查，排除可能存在的故障。之后為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的地理等情況，以及對(duì)水利工程的勘察要求，還要做好正式作業(yè)和準(zhǔn)備工作，進(jìn)駐測(cè)區(qū)之后先完成一段試飛，然后調(diào)試影像的航測(cè)參數(shù)。

5 結(jié)語

無人機(jī)技術(shù)在水利工程中發(fā)揮著巨大的作用，通過使用低空無人機(jī)遙感技術(shù)，能夠?qū)σ恍┨厥獾貐^(qū)進(jìn)行勘察，并且根據(jù)低空無人機(jī)遙感技術(shù)來確定可能造成的水利工程風(fēng)險(xiǎn)。未來仍然需要繼續(xù)做好低空無人機(jī)遙感技術(shù)的開發(fā)工作，提高水利工程測(cè)繪效率。