研究無人機技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用

聶建偉

（北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司，北京100039）

1 引言

現(xiàn)階段，我國科學(xué)技術(shù)水平得到了很大的提升，無人機技術(shù)屬于新興測量技術(shù)，現(xiàn)已在現(xiàn)代測繪領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在無人機技術(shù)的應(yīng)用過程中，可以利用搭載的各項遙感設(shè)備獲取更多的影像資料，采集各項數(shù)據(jù)信息，完成各種環(huán)境下的測量測繪任務(wù)，有效地改善了傳統(tǒng)測繪技術(shù)中存在的不足。除此之外，在建筑行業(yè)的快速發(fā)展中，無人機技術(shù)也將得到進一步的推廣和應(yīng)用，為各個領(lǐng)域的發(fā)展提供技術(shù)支持。

2 無人機技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 監(jiān)測的尺度大

在測繪工程中，檢測范圍的縮小有助于提升監(jiān)測的整體效果，無人機技術(shù)可以在小范圍內(nèi)完成精準(zhǔn)性高的監(jiān)測工作。在科學(xué)技術(shù)水平快速提升的大背景下，無人機技術(shù)監(jiān)測尺度不斷擴大，使得工程測繪的范圍得到了優(yōu)化[1]。另外，無人機技術(shù)可以進行三維立體監(jiān)測，獲取更加直觀的測繪結(jié)果。

2.2 安全性和可靠性

在新時期的快速發(fā)展中，科學(xué)技術(shù)得到了快速發(fā)展，無人機技術(shù)應(yīng)運而生。利用遙感系統(tǒng)的無人機已融入很多領(lǐng)域測繪中，利用遙感系統(tǒng)能夠針對無人機進行有效控制，計算機技術(shù)、圖像攝影技術(shù)、無人機技術(shù)的融合，充分利用無人機進行測量，無須飛行駕駛員、地質(zhì)科研人員在飛機中進行測量，為測量工作的安全性、可靠性提供了保障。

2.3 高分辨率、多角度的影像

通常情況下，無人機搭載的數(shù)碼成像設(shè)備普遍是新型、高精度的設(shè)備，可以從不同角度完成攝影成像工作，如垂直角度、傾斜角度、水平角度。無人機技術(shù)可以在航拍地點，從不同尺度、角度進行拍攝，改善了建筑物遮擋問題，可以獲取高精度的測量數(shù)據(jù)，但傳統(tǒng)的測量技術(shù)很難實現(xiàn)這一要求。

2.4 數(shù)據(jù)處理成本低

與傳統(tǒng)的航拍飛機相比，無人機控制系統(tǒng)相對簡單，但無人機所需成本卻約低于普通航拍飛機的5倍。通常情況下，無人機駕駛員只需要利用遙感系統(tǒng)在地面就能完成操作，無人機駕駛員上崗執(zhí)照操作相對便利。通常情況下，無人機普遍選擇輕質(zhì)量的碳纖維復(fù)合材料，為后期維修、保養(yǎng)工作提供了很大便利。無人機技術(shù)屬于新興技術(shù)，搭載的影像處理設(shè)備相對較好，對硬件配置要求普遍較低，這就使得數(shù)據(jù)處理費用比普通航拍飛機有所減少。

3 無人機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機技術(shù)主要是利用各種無線設(shè)備針對飛行器進行控制，獲取更多的信息資料。無人機技術(shù)的主要內(nèi)容是無人機飛行器平臺設(shè)備、高分辨率的數(shù)碼傳感器設(shè)備、GPS定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)[2]。無人機技術(shù)將計算機技術(shù)、GPS技術(shù)、信息通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)進行了融合，改變了傳統(tǒng)地面測繪信息采集中遇到的問題，現(xiàn)已在很多領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用。

4 無人機技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用

4.1 測繪工程實例

某公路勘察項目位于西北地區(qū)，測區(qū)范圍約35km2，航攝利用GPS輔助空中三角級數(shù)的航空攝影，并使用無人機搭載高分辨率的數(shù)碼相機進行拍攝，獲取真彩數(shù)碼航片，測繪成果主要是1∶2000正射影像圖（DOM）、1∶2000數(shù)字線畫圖（DLG）、高精度的點云數(shù)據(jù)（DEM）。為了確保航攝范圍滿足技術(shù)要求，需要根據(jù)無人機航程，將測區(qū)分成15個架次飛行，各個架次可以覆蓋3km2，整體飛行面積已超出攝區(qū)面積。

4.2 應(yīng)用實踐

4.2.1 無人機航攝準(zhǔn)備

在現(xiàn)代化社會的發(fā)展中，無人機普遍是小型設(shè)備，其承載能力具有一定的局限性。為了提高無人機飛行過程中的拍攝效果，無人機需要搭載小型、輕便的設(shè)備儀器，尤其在無人機中搭載拍攝設(shè)備的過程中，常用的設(shè)備有激光掃描儀、CCD數(shù)碼相機以及輕型光學(xué)相機。除此之外，無人機中還需要搭載相應(yīng)的計算機設(shè)備，有效地處理、保存各項拍攝數(shù)據(jù)。

4.2.2 無人機外業(yè)采集流程

首先，在無人機技術(shù)測繪準(zhǔn)備階段，必須明確下列技術(shù)要求：（1）成圖比例是1∶2000；（2）航向重疊是70%～90%，旁向重疊為70%～90%，攝區(qū)邊界南北覆蓋必須在像幅的30%以上，航線收尾位置需要根據(jù)超出攝區(qū)所在圖幅邊界外設(shè)置1條基線，架次間重疊保證在5條基線以上；（3）為了滿足公路勘察項目設(shè)計、勘測要求，需要提高高程精度，使用大比例尺外業(yè)作業(yè)模式，其比例高于1∶1000；（4）相片地面分辨率是0.075m，最大要控制在0.12m。

其次，技術(shù)人員需要明確航高，在使用數(shù)碼微單相機拍攝的過程中，相機焦距是15mm，影像地面分辨率是0.064m，數(shù)字航空攝影地面分辨率直接關(guān)系著飛行高度，通過計算得到地面分辨率是0.075m，無人機需要飛行到250m的相對航高進行拍攝，確保航攝精度滿足要求。

最后，在無人機外業(yè)測繪過程中，技術(shù)人員需要明確技術(shù)要求、航高，根據(jù)重疊率使用專業(yè)軟件設(shè)計飛行航線，航線設(shè)計內(nèi)容主要是飛行路線、定點拍照位置，技術(shù)人員還需要將設(shè)計航線輸入無人機自動駕駛系統(tǒng)中，利用GPS進行導(dǎo)航，根據(jù)設(shè)計航線飛行，并在固定位置拍照?，F(xiàn)階段，數(shù)碼相機在不斷普及，現(xiàn)代航測軟件算法有所更新，與傳統(tǒng)的航測系統(tǒng)相比，無人機照相系統(tǒng)不需要云臺進行輔助，在后期處理過程中可以糾正相片。并且，在地面位置布設(shè)相應(yīng)的像控點，每張航片必須有3個以上的像控點，最終獲取的數(shù)據(jù)主要是航片、對應(yīng)航片位置信息、像控點的三維坐標(biāo)。

4.2.3 數(shù)據(jù)處理

在該公路勘察項目測繪中，技術(shù)人員需要利用無人機獲取更多的數(shù)據(jù)資料，嚴(yán)格按照相關(guān)步驟要求進行，數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示[3]。

圖1數(shù)據(jù)處理流程

5 結(jié)語

為了保證測繪行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，技術(shù)人員需要引進無人機技術(shù)，不僅要明確無人機技術(shù)的優(yōu)勢，還需要強化自身的無人機操作技術(shù)水平，掌握無人機技術(shù)的測繪原理、注意事項，實現(xiàn)無人機技術(shù)在測繪中的充分應(yīng)用，這樣才能夠獲取準(zhǔn)確的測繪結(jié)果，確保后續(xù)工作的有序進行，為測繪行業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展提供保障。