無人機低空攝影測量在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用

張洛寧

（河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050000）

在測繪行業(yè)的發(fā)展歷程當(dāng)中出現(xiàn)了很多種測繪技術(shù)，如人工測繪方法、GPS測繪、無人機測繪等，其中無人機測繪因為適用范圍較廣，且性能優(yōu)良、成本低廉，所以是現(xiàn)代最常見的測繪技術(shù)。但在無人機測繪技術(shù)當(dāng)中，早期無人機測繪雖然優(yōu)于人工，卻依舊存在各方面的缺陷，隨后通過不斷的研發(fā)就產(chǎn)生了無人機低空攝影測量技術(shù)，這項技術(shù)結(jié)合了航攝影像、POS數(shù)據(jù)和航攝相機參數(shù)，通過對三者的控制與調(diào)整，能夠讓采集數(shù)據(jù)得到預(yù)處理，并通過加密手段保障數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，可見該項技術(shù)具有較高的應(yīng)用價值。

1 無人機低空攝影測量應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 采集圖像清晰度高

無人機低空攝影測量與傳統(tǒng)無人機技術(shù)雖然都是通過“無人機+攝像設(shè)備+地面控制臺”組合來進(jìn)行測繪，但無人機低空攝影測量所采集的圖像清晰度更高，這是該項技術(shù)的優(yōu)勢，能夠給測繪質(zhì)量提供保障。無人機低空攝影測量的采集圖像清晰度之所以高，是因為其在數(shù)據(jù)傳輸之前存在一個數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)，即在測繪開始前，人工根據(jù)清晰度要求對航攝影像、POS數(shù)據(jù)和航攝相機參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保三者達(dá)到清晰度要求之后啟動無人機進(jìn)行測繪，測繪過程中無人機采集到的圖像都會在傳輸前根據(jù)三者調(diào)整結(jié)果被校準(zhǔn)，由此形成高清晰度圖像，以便人工查閱。此外，根據(jù)無人機低空攝影測量技術(shù)發(fā)展情況可知，該項技術(shù)的圖像清晰度可達(dá)1：1000。

1.2 工作效率高

在高清晰度圖像基礎(chǔ)上，無人機低空攝影測量的工作效率也優(yōu)于傳統(tǒng)無人機技術(shù)，即傳統(tǒng)無人機技術(shù)為了盡可能提高采集圖像清晰度，必須對無人機飛行時的速度進(jìn)行控制（因為無人機速度過快會導(dǎo)致成像模糊，這是傳統(tǒng)技術(shù)中難以避免的問題），但在無人機低空攝影測量中，因為數(shù)據(jù)預(yù)處理能夠使圖像清晰度得到保障，所以不用太顧及無人機飛行時的速度，可以高速完成拍攝，這樣就代表無人機低空攝影測量的工作效率優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)。

1.3 幾乎不受云層干擾

無人機低空攝影測量的作業(yè)高度低于傳統(tǒng)無人機，因此在工作過程中云層幾乎不會干擾到成像質(zhì)量，這是無人機低空攝影測量的一大優(yōu)勢。從現(xiàn)代技術(shù)水平上可知，無人機低空攝影測量在工作時的飛行高度一般保持在50m～1000m之間，因此可以將該項技術(shù)歸納為近景航空攝影測量，再結(jié)合其拍攝清晰度數(shù)據(jù)，可以同時兼顧成像質(zhì)量與避免云層干擾的問題，傳統(tǒng)無人機技術(shù)并不屬于近景航空攝影測量，必須在更高高度上進(jìn)行拍攝，云層干擾情況比較嚴(yán)重。

1.4 性能優(yōu)勢

無人機低空攝影測量作為脫胎于傳統(tǒng)無人機的一項測繪技術(shù)，其自然具備了傳統(tǒng)無人機的優(yōu)勢，即具有較高靈活性與安全性，可以取代最早期的人工測繪。首先在靈活性上，因為測繪范圍內(nèi)的地表情況比較復(fù)雜，所以人工需要先排除影響因素才能完成測繪，但無人機低空攝影測量的無人機不需要考慮這些因素，可以直接穿越障礙完成測繪。其次在安全性上，因為測繪范圍內(nèi)的地表情況中可能存在一些危險因素，如坑洞、水體等，所以人工測繪就存在風(fēng)險，而通過無人機低空攝影測量則避免了這一點，可以保障測繪安全。

2 無人機低空攝影測量應(yīng)用方法

無人機低空攝影測量在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用大體可以分為三個階段，即準(zhǔn)備階段、實施階段、總結(jié)階段。

2.1 準(zhǔn)備階段

為了保障無人機低空攝影測量結(jié)果的質(zhì)量，在正式測繪前要做好一系列的準(zhǔn)備工作，包括測繪范圍確認(rèn)、測繪點布置、無人機調(diào)試，下文將對三項工作進(jìn)行分析。

（1）測繪范圍確認(rèn)。地質(zhì)測繪本身就是對范圍內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行測繪的一項工作，因此在無人機低空攝影測量中要先確認(rèn)測繪范圍。測繪范圍的確認(rèn)方法與常規(guī)測繪一樣，即根據(jù)項目需求來確認(rèn)總占地面積，后在總占地面積基礎(chǔ)上增加10m～100m的周邊范圍即為測繪范圍。此外，在測繪范圍確認(rèn)后還需要確認(rèn)測繪邊界，此舉有利于測繪準(zhǔn)確性。

（2）測繪點布置。為了盡可能提高工作效率，保障測繪成果的質(zhì)量，在準(zhǔn)備階段需要進(jìn)行測繪點布置。測繪點布置一般是根據(jù)測繪線路的長度，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分段，每個分段就是一個測繪點，在無人機低空攝影測量應(yīng)用中，直接根據(jù)線路與測繪點布置成果進(jìn)行測繪即可，能避免重復(fù)測繪等影響工作效率與質(zhì)量的現(xiàn)象發(fā)生。

（3）無人機調(diào)試。為了使無人機低空攝影測量采集圖像清晰度達(dá)標(biāo)，在測繪準(zhǔn)備階段需要對無人機進(jìn)行調(diào)試，即對航攝影像、POS數(shù)據(jù)和航攝相機參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完成后建議進(jìn)行一次試測，由此檢驗調(diào)試是否滿足清晰度要求，如果滿足則可以直接開始測繪，否則需要重新調(diào)試。

2.2 實施階段

實施階段大體分為兩個步驟，即三維數(shù)字模型建設(shè)、成像處理。

（1）三維數(shù)字模型建設(shè)。在實施階段，首先利用利用三維數(shù)字模型技術(shù)對測繪范圍內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行模擬建模，可得對應(yīng)的三維數(shù)字模型，其次通過無人機低空攝影測量得到實際圖像信息，這時將實際圖像信息與模擬圖像進(jìn)行校準(zhǔn)，可知實際圖像中是否存在拍攝不清晰的信息，或者是否存在測繪遺漏，如果發(fā)現(xiàn)任意問題，則再次進(jìn)行測繪即可。此外值得注意的是，三維數(shù)字模型技術(shù)的使用同樣是以無人機作為基礎(chǔ)的，即在建模前為了得到建模信息，可以利用無人機進(jìn)行一次粗略的測繪，但本次測繪必須保障數(shù)字線劃圖和正射影像DOM完整，隨后對數(shù)字線劃圖和正射影像DOM進(jìn)行處理，即可通過三維數(shù)字模型技術(shù)進(jìn)行建模，此舉有利于測繪精確性。

（2）成像處理。通過地面控制端來接收無人機低空攝影測量所得的實際圖像信息，在獲取的初期其圖像整體清晰度是可以保障的，但因為實際測繪中能夠難免會遇到一些影響因素，導(dǎo)致測繪中存在局部清晰度不足、角度不正確的部位，所以針對這些部位需要進(jìn)行成像處理。成像處理中因為人工用肉眼就能直接判斷出質(zhì)量不足的部位，因此直接依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整即可。此外，造成無人機低空攝影測量成像出現(xiàn)質(zhì)量問題的因素有很多，如無人機震動、環(huán)境因素等，這些因素難以避免，但只要幅度不大基本都是可以被校準(zhǔn)的。

2.3 總結(jié)階段

總結(jié)階段主要是對無人機低空攝影測量成果進(jìn)行分析，并得出測繪報告的階段。即首先人工可以再次利用三維數(shù)字模型技術(shù)對高質(zhì)量無人機成像進(jìn)行建模，這樣可以直觀的對地質(zhì)情況進(jìn)行全面分析，其次將分析結(jié)果填寫在地質(zhì)報告中即可。

3 無人機低空攝影測量應(yīng)用時的注意事項

無人機低空攝影測量應(yīng)用時雖然不用考慮云層干擾問題，但不代表沒有其他干擾因素，如風(fēng)力、雨水等，這些因素就是無人機低空攝影測量應(yīng)用時需注意的事項。

3.1 風(fēng)力因素

無人機低空攝影測量應(yīng)用中無人機是主要載體，其飛行的基本原理就是氣流，這時因為風(fēng)力具有影響氣流的作用，所以難免會導(dǎo)致無人機飛行出現(xiàn)問題，成像結(jié)果質(zhì)量自然下滑。雖然在無人機低空攝影測量發(fā)展歷程中，人們?yōu)榱说挚癸L(fēng)力對無人機進(jìn)行了多次改進(jìn)，也確實提高了無人機的抗風(fēng)能力，但這項能力始終都有極限，因此在無人機低空攝影測量應(yīng)用中，需要先對風(fēng)力進(jìn)行測量，再根據(jù)所選無人機的抗風(fēng)能力進(jìn)行對比，如果風(fēng)力大于抗風(fēng)能力則不建議進(jìn)行測繪。

3.2 雨水因素

雨水對無人機低空攝影測量的影響主要作用于攝像設(shè)備上，即在雨天雨水會濺射到攝像鏡頭上，這時如果鏡頭上雨水過多，則攝像設(shè)備必然無法拍攝出清晰圖像，因此在無人機低空攝影測量應(yīng)用中需要注意雨水因素。針對雨水，可以嘗試在攝像鏡頭外部安裝遮擋結(jié)構(gòu)，但如果雨水量過于大，則不建議測繪。

4 結(jié)語

綜上，無人機低空攝影測量較于傳統(tǒng)無人機測繪、人工測繪技術(shù)有著明顯優(yōu)勢，值得在地質(zhì)測繪中使用，但該項技術(shù)的使用必須遵循基本方法，這樣才能保障測繪成果的質(zhì)量，對此本文分析了無人機低空攝影測量的基本方法，同時闡述了無人機低空攝影測量應(yīng)用時的注意事項，以供相關(guān)人員參考。