無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量的應(yīng)用初探

祝孫喜

（湖南省地質(zhì)測(cè)繪院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

無人機(jī)與傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)相比，其在功能、尺寸上都十分特別，在進(jìn)行小面積和比例尺數(shù)字化地形測(cè)量中優(yōu)勢(shì)顯著。同時(shí)，因?yàn)闊o人機(jī)體積小，造價(jià)低，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，具有不錯(cuò)經(jīng)濟(jì)效益，因此，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)深得人們喜愛。

1 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)作為近幾年出現(xiàn)的一種先進(jìn)技術(shù)，其在具體應(yīng)用期間具有精度高、效率高等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，這也使無人機(jī)在相關(guān)行業(yè)中得到了飛速發(fā)展，而且取得不錯(cuò)應(yīng)用效果。測(cè)繪人員在利用無人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量時(shí)，為了確保最終測(cè)量經(jīng)過精準(zhǔn)性，要對(duì)像控點(diǎn)分布進(jìn)行明確，進(jìn)而獲取到更多信息資料和攝影圖片，提高測(cè)量結(jié)果精度，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用流程如圖1所示。

2 無人機(jī)攝影測(cè)量具備的特點(diǎn)

2.1 可靠性高

無人機(jī)攝影測(cè)量一般都在50m～1000m內(nèi)高度飛行，通過近景航空攝影完成相應(yīng)測(cè)量，測(cè)量精度能夠達(dá)到0.1m～0.5m，這能夠滿足我國(guó)在數(shù)字化地形測(cè)量作業(yè)開展在精度上要求。通過對(duì)無人機(jī)進(jìn)行應(yīng)用，拍攝作業(yè)能夠采取可視化方式操作，可以精準(zhǔn)顯示拍攝區(qū)域、位置、飛行軌跡、海拔高度等各項(xiàng)內(nèi)容。采用無人機(jī)攝影測(cè)量任務(wù)包括飛行、拍攝等[1]。利用無人機(jī)完成相應(yīng)拍攝后，可以通過系統(tǒng)圖顯示無人機(jī)在攝影測(cè)量時(shí)飛行任務(wù)，這也就為分析遺漏拍攝點(diǎn)和拍攝重疊區(qū)域工作的進(jìn)行提供便利條件，為施工人員開展各項(xiàng)工作提供支持，快速找到需要補(bǔ)拍區(qū)域，進(jìn)而使采用無人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量精度能夠得到進(jìn)一步提高。

2.2 安全性強(qiáng)

采用傳統(tǒng)衛(wèi)星遙控技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，完成相應(yīng)測(cè)量工作，測(cè)量作業(yè)開展容易受到地形、云層等各項(xiàng)因素影響，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致最終測(cè)量結(jié)果存在嚴(yán)重誤差，而且也會(huì)對(duì)飛機(jī)駕駛員、科研人員安全造成威脅[2]。為了使這一現(xiàn)狀能夠得到改善，在具體測(cè)繪作業(yè)開展期間，要合理應(yīng)用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，通過對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，提高測(cè)量效率、精度，進(jìn)而為后續(xù)各項(xiàng)工作順利開展，安全性提供保障[3]。

2.3 靈活性高

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在具體應(yīng)用期間受氣候、地區(qū)影響影響相對(duì)較低，這也就保證測(cè)量作業(yè)在開展提供支持，確保測(cè)量作業(yè)靈活性。同時(shí)，采用無人機(jī)攝影測(cè)量，15min就能夠?qū)崿F(xiàn)起飛，而且操作簡(jiǎn)單，通過對(duì)無人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量，一天能夠完成超過200km2地形攝影測(cè)量。

3 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 航攝測(cè)量測(cè)圖

攝影測(cè)量中對(duì)無人機(jī)進(jìn)行應(yīng)用，作業(yè)原理就是通過對(duì)固有地形和地物進(jìn)行應(yīng)用確定三維坐標(biāo)，而且要精準(zhǔn)記錄。將收集到的各項(xiàng)信息內(nèi)容都精準(zhǔn)的輸入到計(jì)算機(jī)中，再采用軟件處理數(shù)據(jù)信息，最終通過地形圖顯示，在整個(gè)操作中，要合理應(yīng)用幾何反轉(zhuǎn)技術(shù)[4]。

3.2 無人機(jī)航空攝影

3.2.1 設(shè)計(jì)航線

航空攝影作業(yè)開展中采用無人機(jī)技術(shù)，要先依據(jù)具體情況設(shè)計(jì)航線，具體設(shè)計(jì)時(shí)為了確保最終設(shè)計(jì)合理性，要設(shè)置6個(gè)平高點(diǎn)對(duì)于不同對(duì)點(diǎn)在設(shè)置上都必須嚴(yán)格依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)開展，具體情況如表1所示。

表1 不同對(duì)位點(diǎn)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

3.2.2 航空攝影

航空攝影開展最好在覆蓋區(qū)相對(duì)較小區(qū)域內(nèi)開展，為了提高影像清晰度和圖像質(zhì)量，航空攝影最好在晴朗天氣環(huán)境下開展，減少霧、風(fēng)沙等不良天氣帶來的不良應(yīng)影響[5]。

3.3 科學(xué)布設(shè)測(cè)量像控點(diǎn)

3.3.1 區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)作業(yè)

進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)實(shí)施布點(diǎn)時(shí)，要根據(jù)航線防線布設(shè)四條極限，如果測(cè)量區(qū)域地形較為復(fù)雜，為了確保測(cè)量作業(yè)順利進(jìn)行，提高測(cè)量精準(zhǔn)，要設(shè)置六條基線。

3.3.2 測(cè)量像片控制點(diǎn)

測(cè)量像片控制點(diǎn)需要注意的要點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，利用網(wǎng)絡(luò)PTK測(cè)量流動(dòng)站時(shí)，要確保CORS范圍內(nèi)開展操作，而且要實(shí)施與中心控制站中相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容合理傳輸[6]。第二，通過對(duì)測(cè)量手薄進(jìn)行應(yīng)用，設(shè)置像片控制點(diǎn)中的各項(xiàng)參數(shù)內(nèi)容，保證各項(xiàng)內(nèi)容精準(zhǔn)無誤。第三，保證PTK作業(yè)站始終都保持良好狀態(tài)。第四，一般來說，為了確保測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)無誤，保證測(cè)量數(shù)據(jù)能夠精準(zhǔn)反應(yīng)實(shí)際情況，觀測(cè)測(cè)量要進(jìn)行三次，同時(shí)，要對(duì)獲取到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行全面審核，做好核對(duì)作業(yè)。

3.4 測(cè)量測(cè)圖方法

現(xiàn)階段，我國(guó)采用無人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量可以采取下列方法開展：

3.4.1 全能法

該方法適合應(yīng)用在山地地區(qū)測(cè)量，能夠提高地形圖精準(zhǔn)性合理性，更好的完成測(cè)量作業(yè)。同時(shí)，也可以采用立體測(cè)圖儀，測(cè)量微小地形結(jié)構(gòu)，最終得到精準(zhǔn)地形圖。

3.4.2 綜合法

該方法就是對(duì)平板儀進(jìn)行應(yīng)用，判定高程和等高線，采用無人機(jī)開展攝影測(cè)量，最終得到詳細(xì)地形情況。

3.4.3 分工法

該方法在主要時(shí)應(yīng)用在丘陵地帶，工作原理是通過平面位置和高程分求方式，完成相應(yīng)測(cè)量作業(yè)。分工法與全能法應(yīng)用具有相似之處，也采用立體測(cè)圖儀，采取地形數(shù)據(jù)，最終獲取到測(cè)量區(qū)域內(nèi)的地形圖[7]。

3.5 空中三角測(cè)量

空中三角性測(cè)量核心目的就是確定標(biāo)記位置，并且完成相應(yīng)糾正處理，而且還要確定測(cè)量作業(yè)中涉及到相應(yīng)數(shù)據(jù)，在對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用前，要準(zhǔn)備好相應(yīng)測(cè)量材料與設(shè)備，在材料與設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)，要確保材料與設(shè)備性能都可以達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能滿足作業(yè)需求。

3.6 制作數(shù)字化測(cè)圖

進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖制作業(yè)開展主要包括以下兩項(xiàng)內(nèi)容：

（1）業(yè)內(nèi)工作：業(yè)內(nèi)工作開展就是隨三角形測(cè)量技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，完成對(duì)地形測(cè)量期間的控制點(diǎn)、高程、坐標(biāo)等各項(xiàng)內(nèi)容定位，進(jìn)而為后續(xù)相應(yīng)工作開展提供強(qiáng)有力支持。

（2）業(yè)外作業(yè)：業(yè)外作業(yè)就是測(cè)繪照片，測(cè)量控制點(diǎn)，綜合測(cè)量地形圖等各項(xiàng)工作。此外，工作人員在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)于完成的地形圖，要依據(jù)實(shí)際情況接邊處理，完成接邊操作后，要由制定人員對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行審核，要保證測(cè)量結(jié)果有效性，快速完成各項(xiàng)工作。

4 測(cè)量拍攝作業(yè)與質(zhì)量檢查工作開展

4.1 無人機(jī)航拍

4.1.1 無人機(jī)起飛前的檢查作業(yè)

安全是確保采用無人機(jī)進(jìn)行航拍時(shí)必須重點(diǎn)考慮的一項(xiàng)內(nèi)容，在無人機(jī)起飛前，工人員要對(duì)無人機(jī)性能進(jìn)行全面檢查，確定無人機(jī)通過否檢查，滿足作業(yè)需求，只有才能讓其起飛。檢查作業(yè)主要包括以下內(nèi)容：第一，檢查滾轉(zhuǎn)。保證滾轉(zhuǎn)角與陀螺零點(diǎn)準(zhǔn)確無誤，并且要保證右滾數(shù)值始終都為正數(shù)。第二，檢查俯仰。確保脫落零點(diǎn)與俯仰角都是向上正值。第三，檢測(cè)水平。安裝無人機(jī)飛控系統(tǒng)時(shí)，要依據(jù)無人機(jī)情況，科學(xué)設(shè)置俯仰與滾動(dòng)角度，采取合理方式進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，通過合理設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)飛行的有效控制，確保無人機(jī)穩(wěn)定飛行，提高航測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性。第四，檢查轉(zhuǎn)速。通過手動(dòng)方式轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)期間，作業(yè)人員要對(duì)地面站是否出現(xiàn)了提示轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀察。第五，檢查空速。檢查人員用手對(duì)空速管前氣流進(jìn)行遮擋，若數(shù)值處于“0”附近，則表示設(shè)備性能良好，可以對(duì)其應(yīng)用應(yīng)用，若檢測(cè)人員堵住空速管，若數(shù)值出現(xiàn)了顯著提高或發(fā)生改變，表示設(shè)備性能良好。第六，檢查GPS定位情況?？刂茊?dòng)到GPS精準(zhǔn)定位時(shí)長(zhǎng)不得超過60s，如果進(jìn)行定位時(shí)，整體時(shí)長(zhǎng)超過了300s，作業(yè)人員要對(duì)采用的GPS天線性能進(jìn)行全面檢查。

4.1.2 地面站監(jiān)控

無人機(jī)起飛升天之后，地面站則開始對(duì)無人機(jī)在飛行情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，同時(shí)，操作人員還要對(duì)無人機(jī)飛行高度、線路等各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行全面觀察，對(duì)其飛行狀態(tài)是否正常進(jìn)行明確，在觀察期間，若發(fā)現(xiàn)無人機(jī)在飛行出現(xiàn)了異常，必須針對(duì)出現(xiàn)異常情況，及時(shí)處理，確保無人機(jī)在飛行時(shí)的穩(wěn)定性與合理性。

4.1.3 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理

通過對(duì)無人機(jī)完成相應(yīng)攝影測(cè)量作業(yè)之后，作業(yè)人員要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)獲取到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面整理，完成相應(yīng)采集作業(yè)。主要包括內(nèi)容有：無人機(jī)在行測(cè)試各條航線記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)值與無人機(jī)實(shí)際飛行影像數(shù)是否一致，影像數(shù)據(jù)與曝光點(diǎn)數(shù)是否一致。同時(shí)，存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，在確保影像足夠清晰基礎(chǔ)上，完成對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容的整理，完成上述處理后，依據(jù)航測(cè)線，進(jìn)行航線影像裝載，確保數(shù)量相同。

4.2 做好質(zhì)量檢查作業(yè)

利用Smart Vision Space 近地空攝影測(cè)量系統(tǒng)快速檢查航攝成果質(zhì)量，完成相應(yīng)檢查后，要對(duì)輸出記錄進(jìn)行全面檢查，對(duì)于不達(dá)標(biāo)影像，要對(duì)相關(guān)記錄內(nèi)容進(jìn)行完善。利用該軟件可以計(jì)算航向重疊度與旁向重疊度，同時(shí)，通過自動(dòng)方式完成結(jié)果報(bào)表檢查。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)航攝負(fù)責(zé)人要依據(jù)檢查記錄，確定重飛或補(bǔ)飛區(qū)域。

5 結(jié)語(yǔ)

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在許多行業(yè)中都得了廣泛應(yīng)用，特別時(shí)是在測(cè)量地形中，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮著重要作用?？梢?，相關(guān)人員要提高對(duì)無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)重視，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的探究，提高技術(shù)先進(jìn)，更好對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用。