無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

盧軍海 南寧天脈測(cè)繪有限責(zé)任公司

一、無(wú)人機(jī)概述

無(wú)人機(jī)是由無(wú)線電遙控設(shè)備控制的無(wú)人機(jī)，可攜帶相關(guān)傳感器，通過自動(dòng)化、智能化、專業(yè)化等相關(guān)技術(shù)，快速獲取土地、資源、環(huán)境等空間遙感信息，實(shí)時(shí)上傳到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并通過專業(yè)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，供相關(guān)單位工作人員實(shí)際應(yīng)用。常見無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)主要由空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)3 部分組成?？罩锌刂葡到y(tǒng)主要包括通訊模塊和地表影像采集模塊。地面控制系統(tǒng)主要引導(dǎo)和制定無(wú)人機(jī)航行航攝路線。高級(jí)地面控制系統(tǒng)可以對(duì)預(yù)定航攝地區(qū)提前規(guī)劃好無(wú)人機(jī)的飛行路線等有關(guān)飛行，同時(shí)記錄并保存所有導(dǎo)航數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要根據(jù)各單位的實(shí)際需要，通過軟件對(duì)圖像或視頻進(jìn)行分析。常見無(wú)人機(jī)種類主要包括固定翼式、多旋翼式和無(wú)人直升機(jī)等。固定翼式起降方式多采用跑道滑行、彈射等；抗風(fēng)能力較強(qiáng)，可長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航，但無(wú)法進(jìn)行定點(diǎn)懸停拍攝工作，因此一般適用于監(jiān)控輻射范圍廣或應(yīng)急響應(yīng)情況下的航測(cè)任務(wù)。多旋翼式和無(wú)人直升機(jī)無(wú)須跑道和彈射器，對(duì)于起降場(chǎng)地要求低，可在復(fù)雜地勢(shì)條件下快速起降，具有飛行靈活性強(qiáng)、可隨時(shí)懸停等優(yōu)點(diǎn)。

二、無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確、及時(shí)。在無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用中，通過無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)與先進(jìn)攝影設(shè)備的聯(lián)合應(yīng)用，提高無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的性能和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)地形測(cè)繪所需數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確采集，為地形圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時(shí)獲取提供良好的支持。此外，利用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)繪的數(shù)據(jù)資料獲取后，還能夠通過數(shù)字化圖像對(duì)所收集信息進(jìn)行綜合分析，從而生成可視化的攝影圖像，為工程測(cè)量工作開展提供有利的支持。工程測(cè)量工作開展中，將無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)與衛(wèi)星遙感、航空攝影測(cè)量等技術(shù)相融合，從而在更為完善和統(tǒng)一的技術(shù)系統(tǒng)支持下，實(shí)現(xiàn)具有更高質(zhì)量和效果的地形測(cè)繪數(shù)據(jù)信息獲取，滿足地形測(cè)繪的數(shù)據(jù)需求。（2）機(jī)動(dòng)靈活。在無(wú)人機(jī)航拍系統(tǒng)前往目的地的過程中，整體交通十分便利，起飛準(zhǔn)備所需時(shí)間相對(duì)較短。而且由于無(wú)人機(jī)的起飛與降落均十分靈活，使得其對(duì)于起飛與停放場(chǎng)地的要求相對(duì)較低，在使用過程中的整體表現(xiàn)更加便捷。基于無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)的靈活性優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、公共安全緊急測(cè)繪應(yīng)急保障等多種作業(yè)任務(wù)中均得到了很好的應(yīng)用。（3）響應(yīng)能力較強(qiáng)。由于無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在地形測(cè)繪應(yīng)用中，是通過無(wú)人機(jī)的低空飛行來實(shí)現(xiàn)航空攝影和測(cè)量分析，其在具體測(cè)量中受惡劣氣候環(huán)境的影響相對(duì)較小，能夠獲取更加準(zhǔn)確與全面的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的良好響應(yīng)能力進(jìn)行支持。此外，由于無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)繪應(yīng)用，可通過對(duì)所處地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)以及電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，來滿足測(cè)量數(shù)據(jù)的信息存儲(chǔ)與傳遞需求，并在上述網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的支持下，為測(cè)繪人員的信息數(shù)據(jù)獲取提供支持，同時(shí)為工程測(cè)量工作開展提供更有利的條件支持。

三、無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用流程

（一）航線規(guī)劃

在無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用中，路線設(shè)計(jì)也是整個(gè)測(cè)繪工作的重點(diǎn)。無(wú)人機(jī)不能隨意飛行，必須根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)算，選擇合理的路線。在航線選擇時(shí)，要結(jié)合測(cè)量的項(xiàng)目目標(biāo)以及測(cè)量重點(diǎn)要求，對(duì)飛行航線進(jìn)行規(guī)劃。設(shè)計(jì)航線的時(shí)候，要選擇最快、最清晰、最準(zhǔn)確的拍攝路線，同時(shí)，還要規(guī)避一些山洞、瀑布等不良的地形，減少對(duì)無(wú)人機(jī)的傷害。在設(shè)計(jì)航線的時(shí)候，還需要控制無(wú)人機(jī)的高度，選擇合適的拍攝角度，這樣才能夠確保清晰準(zhǔn)確的拍攝效果。另外，航線的節(jié)點(diǎn)設(shè)置必須以整個(gè)航線為中心，呈網(wǎng)狀進(jìn)行合理的分布。只有選擇科學(xué)合理的航線，才能夠確保無(wú)人機(jī)操作更加有序地進(jìn)行。

（二）相機(jī)校驗(yàn)

在目前我國(guó)無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的運(yùn)行中，關(guān)鍵設(shè)備是非測(cè)量攝像機(jī)。因?yàn)榉菧y(cè)量相機(jī)的精度，在很大程度上直接決定了測(cè)繪成果的科學(xué)性和有效性，但是由于具體操作都是由人工來完成的，所以經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生誤差。而產(chǎn)生誤差的重要原因包括了工作人員對(duì)相機(jī)主距不熟悉，因此導(dǎo)致了他們?cè)趯?shí)際操作的過程中不能依據(jù)影像來進(jìn)行科學(xué)的判斷，最終就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的效果造成不利的影響；而相機(jī)鏡頭也會(huì)存在畸差，進(jìn)而使測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)結(jié)果誤差，最終使測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性大大降低。

（三）像控點(diǎn)設(shè)置

對(duì)于無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)而言，工程應(yīng)用中最關(guān)鍵的內(nèi)容是圖像控制點(diǎn)的測(cè)量?jī)?nèi)容。通常為了提高測(cè)量精度，圖像控制點(diǎn)往往設(shè)置在地形相對(duì)清晰的區(qū)域。為了進(jìn)一步提高影像控制點(diǎn)的測(cè)量精度，在優(yōu)化地表影像控制點(diǎn)設(shè)置的同時(shí)，還需要通過航空三角加密測(cè)量提高遙感測(cè)量精度。需要注意的是，影響航空三角網(wǎng)加密測(cè)量相應(yīng)精度的因素很多，在像控點(diǎn)具體設(shè)置過程中要重點(diǎn)加強(qiáng)如下內(nèi)容：（1）避免將像控點(diǎn)設(shè)置在地形相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域，為了明確測(cè)量效果需要將其設(shè)置在地形容易識(shí)別的區(qū)域，同時(shí)也要設(shè)定比較明顯、清晰的地物當(dāng)作像控點(diǎn)。若是采用不同地物交叉位置當(dāng)作像控點(diǎn)，務(wù)必要控制交叉區(qū)域的角度保持在 30°～150°區(qū)域；（2）為了能夠?qū)λ鶞y(cè)繪整個(gè)區(qū)域?qū)嵤┯行У目刂茰y(cè)量，可以將像控點(diǎn)設(shè)置在無(wú)人機(jī)飛行區(qū)塊之外，一般情況下可以將像控點(diǎn)設(shè)置在航向100 m 之外、航向基線不少于1 條的區(qū)域。若是像控點(diǎn)設(shè)置在航線兩側(cè)，務(wù)必要確保像控點(diǎn)左右偏離半徑≤半條基線長(zhǎng)度；（3）為了進(jìn)一步增強(qiáng)無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪準(zhǔn)確性，需要將像控點(diǎn)設(shè)置在地形相對(duì)平穩(wěn)的區(qū)域，同時(shí)也要盡量將像控點(diǎn)設(shè)置在相對(duì)容易保存的位置，這樣就能夠?qū)⑵渥鳛榈诙螠y(cè)量的基準(zhǔn)。

（四）數(shù)據(jù)圖像獲取

（1）數(shù)據(jù)采集。在工程測(cè)量中，數(shù)據(jù)采集是非常重要的，是工程決策的基礎(chǔ)。利用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)采集。首先，工作人員需要在計(jì)算機(jī)中規(guī)劃無(wú)人機(jī)的飛行路線，然后選擇合適的飛行環(huán)境將無(wú)人機(jī)起飛，然后無(wú)人機(jī)將按照預(yù)定的路線飛行。此時(shí)，工作人員只需關(guān)注無(wú)人機(jī)和測(cè)圖區(qū)域的安全，即可順利完成工程測(cè)量。無(wú)人機(jī)在工作過程中借助定位系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位并形成對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，從而在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行工作。在獲得首次資料后，要進(jìn)行二次檢測(cè)，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和完善，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，讓無(wú)人機(jī)收集的數(shù)據(jù)更加全面，這樣能夠提高數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性和效率。（2）圖像采集。在工程測(cè)量中，圖像的收集也是必不可少的一個(gè)工作，在使用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的時(shí)候，無(wú)人機(jī)會(huì)自動(dòng)對(duì)區(qū)域內(nèi)的影像進(jìn)行拍攝和調(diào)整，此外它還可以利用三維建模對(duì)拍攝畫面進(jìn)行加工，從而有效的幫助工作人員完成測(cè)繪影像的制作。在無(wú)人測(cè)繪中如果有不符合要求的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以及時(shí)進(jìn)行清理，對(duì)重疊影像數(shù)碼相機(jī)會(huì)自動(dòng)變焦，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的調(diào)整，從而保證獲取的影像非常清晰。

四、無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

（一）城市建筑低空航測(cè)

在城市建設(shè)工程測(cè)量過程中，由于地理環(huán)境、施工條件等因素的影響，傳統(tǒng)的航空攝影技術(shù)難以在一些復(fù)雜地形中工作，數(shù)據(jù)的可靠性無(wú)法保證。而低空無(wú)人機(jī)測(cè)繪其優(yōu)勢(shì)就在于不受空間局限性，即使在一些條件惡劣的環(huán)境下依然可以完成測(cè)量工作，不僅速度快，而且可以高效率的將航空影像資料收集到，迅速進(jìn)行處理，在一些緊急情況下，無(wú)人機(jī)低空測(cè)量被廣泛應(yīng)用。低空測(cè)量系統(tǒng)不僅僅具備了高分辨率，獲取到的影像資料非常清晰，而且能夠滿足大比例尺測(cè)圖測(cè)量的需求。除此之外無(wú)人機(jī)低空測(cè)量系統(tǒng)自身?yè)碛袡z測(cè)與校對(duì)的功能，借助特寬較低數(shù)碼相機(jī)特有的檢校設(shè)計(jì)軟件以及像片重疊關(guān)系，能夠?qū)C(jī)械形跡導(dǎo)致的誤差及時(shí)糾正，運(yùn)用邊緣現(xiàn)場(chǎng)緩解了由于相機(jī)姿態(tài)存在角度偏頗而引起的精準(zhǔn)度問題。與此同時(shí)，低空測(cè)量系統(tǒng)使成像系統(tǒng)重量大幅度減少，無(wú)人以及低空航測(cè)需求得到了較好滿足。更重要的是無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)中 map-at/cs 軟件的應(yīng)用，使整體自動(dòng)化水平得到了有效提高，在處理影像方面的能力提升，使低空無(wú)人機(jī)測(cè)繪的核心技術(shù)，在城市建筑工程測(cè)量中有著非常好的應(yīng)用前景。

（二）水利基建測(cè)量

在許多水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)區(qū)和河流流動(dòng)區(qū)，往往存在無(wú)法及時(shí)到達(dá)或人力難以到達(dá)的地點(diǎn)。目前多采用衛(wèi)星遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄功能進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔工作。這些存檔數(shù)據(jù)多數(shù)均存在明顯的滯后性，在實(shí)際應(yīng)用中的時(shí)效性和可信度對(duì)水利管理部門決策容易造成影響。此外，水利部門屬于艱苦行業(yè)，各部門負(fù)責(zé)河流區(qū)域范圍廣、河段多，基層人員工作量負(fù)荷大，人才流失現(xiàn)象嚴(yán)重。為此，可以利用無(wú)人機(jī)在河道沿線進(jìn)行低空定點(diǎn)巡航，以獲得大量高清晰、可解讀的復(fù)雜區(qū)域的遙感影像數(shù)據(jù)，及時(shí)了解各地水庫(kù)庫(kù)區(qū)水域面積變化、淹沒范圍、泄洪沖擊范圍、河道變化走向及轄區(qū)內(nèi)水土流失情況，減少基層人員工作壓力。

（三）礦山測(cè)量

首先，為了設(shè)計(jì)安全的無(wú)人機(jī)路線，必須使用航空攝影來收集礦山地形和其他相關(guān)數(shù)據(jù)。而且如果要想迎合礦山測(cè)繪的需求，測(cè)繪人員就需要明確無(wú)人機(jī)的飛行高度和相機(jī)的分辨率等飛行參數(shù)。然后，測(cè)繪人員一定要做好地面控制的工作為測(cè)繪的順利進(jìn)行提供保障，就像提前設(shè)置測(cè)繪點(diǎn)，這樣就能方便無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集工作。另外，在初次飛行成功以后，測(cè)繪人員還需要實(shí)時(shí)地查看無(wú)人機(jī)反饋過來的飛行信息，如果收集到的數(shù)據(jù)不能夠滿足使用的需求，測(cè)繪人員就需要調(diào)整無(wú)人機(jī)的拍攝角度以及其飛行高度，以獲取更多、更符合要求的測(cè)繪信息。最后，測(cè)繪人員就需要對(duì)收集到的測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析與整合，以得到完整的礦山地形全貌、交通狀況、植被覆蓋等信息，為以后要進(jìn)行的礦山開采作業(yè)提供科學(xué)的指導(dǎo)意見。

（四）海岸線測(cè)量

中國(guó)海洋資源豐富，海岸線很長(zhǎng)，加強(qiáng)海岸線測(cè)量將有助于確保中國(guó)國(guó)土資源的安全。在開展軍事工程、海岸資源開發(fā)以及水池養(yǎng)殖等項(xiàng)目時(shí)，對(duì)海岸線地形進(jìn)行測(cè)量十分重要。傳統(tǒng)的海岸線地形測(cè)量工作，需要工作人員通過相關(guān)設(shè)備和儀器進(jìn)行測(cè)量，不僅難以提高測(cè)量工作的效率，也會(huì)消耗大量的人力與物力資源，而通過無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，一方面可以很好地提高海岸線地形測(cè)量工作的效率，另一方面也能夠保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在應(yīng)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行海岸線地形測(cè)量時(shí)，首先要確保無(wú)人機(jī)在低空區(qū)域平穩(wěn)的飛行，其次要在測(cè)量前做好準(zhǔn)備工作，開展相關(guān)資料的調(diào)查，并且設(shè)置好各個(gè)控制點(diǎn)，從而精準(zhǔn)歸納和分析測(cè)繪區(qū)域中心與間隔航線布設(shè)平高點(diǎn)等各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)，使其具有良好的精準(zhǔn)性與可靠性。

五、結(jié)束語(yǔ)

總的來說，無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)對(duì)企業(yè)的工程測(cè)量工作起著非常重要的推動(dòng)作用，給工程測(cè)量工作帶來了很多便利，值得企業(yè)推廣。無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量逐漸實(shí)現(xiàn)了信息化、數(shù)字化和智能化，其憑借著自身的優(yōu)勢(shì)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，成為新時(shí)代測(cè)繪事業(yè)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，對(duì)工程的數(shù)據(jù)有了一個(gè)更加精確的測(cè)量。雖然我國(guó)在無(wú)人機(jī)測(cè)繪中取得了很多成就，但是還需要國(guó)家和企業(yè)在技術(shù)上投入更多的精力去進(jìn)行研究，從而促進(jìn)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，為我國(guó)無(wú)人機(jī)測(cè)繪工作提供更多的便利條件，促進(jìn)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展，讓我國(guó)領(lǐng)先世界前列。