無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

（湖南省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)）

張強(qiáng)

1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

1.1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，即無(wú)人駕駛飛機(jī)與遙感傳感器相結(jié)合的技術(shù)，再通過(guò)應(yīng)用通信技術(shù)和GPS 定位技術(shù)，使獲取資源、獲得信息的過(guò)程變得簡(jiǎn)單、智能。無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，使無(wú)人駕駛飛機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近年來(lái)，遙感技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)可以精確捕捉高分辨率的影像，快速獲取地理信息。無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)主要指低空遙感技術(shù)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在應(yīng)用中具有較高要求，必須與其他技術(shù)相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的短板可以通過(guò)多種測(cè)繪手段進(jìn)行彌補(bǔ)，進(jìn)而不斷擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，填補(bǔ)行業(yè)空白。

1.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 傳感器技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)成本的下降，將其與無(wú)人機(jī)平臺(tái)一起使用成為可能，部分企業(yè)已經(jīng)研發(fā)了系列測(cè)繪傳感器，包括多光譜、高光譜和熱像儀以及激光雷達(dá)。搭配熱成像技術(shù)的無(wú)人機(jī)最常用的功能是用于救援行動(dòng)。

1.2.2 人工智能技術(shù)

伴隨無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，AI（Artifical Intelligence 人工智能技術(shù)）可對(duì)飛行路線(xiàn)進(jìn)行規(guī)劃，并大大提高了數(shù)據(jù)處理與分析能力的智能化程度。AI 可以簡(jiǎn)化無(wú)人機(jī)勘測(cè)和繪圖工作，更便于行業(yè)的推廣和使用。機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)圖像識(shí)別有很高的借鑒使用意義，在無(wú)人機(jī)測(cè)繪領(lǐng)域，機(jī)器學(xué)習(xí)可用于智能識(shí)別和追蹤目標(biāo)，例如，無(wú)人機(jī)數(shù)碼攝影測(cè)量和監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工作人員是否采取安全措施等。

1.2.3 自動(dòng)控制技術(shù)

目前，無(wú)人機(jī)通常由操作員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，或者使用軟件規(guī)劃飛行，以完成單次或多次的飛行調(diào)查。在大規(guī)模測(cè)繪時(shí)，巨大的工作量帶來(lái)超高的操作難度。無(wú)人機(jī)千機(jī)編隊(duì)工作基本都采取差分輔助定位技術(shù)，但在實(shí)際的自由空間中，并不具備這樣的條件。差分輔助定位技術(shù)的原理是通過(guò)GPS或北斗衛(wèi)星信號(hào)，與已知真實(shí)基準(zhǔn)站坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)快速厘米級(jí)精度定位。操作員不是控制單個(gè)無(wú)人機(jī)，而是控制數(shù)個(gè)自主飛行的無(wú)人機(jī)，控制系統(tǒng)劃分測(cè)繪范圍，并進(jìn)行實(shí)時(shí)飛行路徑跟蹤，無(wú)人機(jī)設(shè)備可根據(jù)其他設(shè)備的位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)、自動(dòng)糾正飛行路線(xiàn)。雖然存在一定困難，但隨著無(wú)人機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，這種大規(guī)模測(cè)繪工作將變得簡(jiǎn)單、易行[1]。

1.2.4 電池的體積和壽命

目前，市場(chǎng)上已經(jīng)推出了便攜式無(wú)人機(jī)，很多無(wú)人機(jī)硬件供應(yīng)商都致力于制造體積更小、質(zhì)量更輕的設(shè)備。除了便攜性之外，在無(wú)人機(jī)使用問(wèn)題上還有另外一個(gè)重要因素，那就是電池的使用壽命。體積越小、質(zhì)量越輕，無(wú)人機(jī)可以持續(xù)飛行的時(shí)間越長(zhǎng)；無(wú)人機(jī)單次飛行中繪制的區(qū)域大小與電池續(xù)航之間存在線(xiàn)性關(guān)系，因此，飛行時(shí)間成為使用無(wú)人機(jī)技術(shù)的最大制約因素。通常情況下，固定翼無(wú)人機(jī)可以在一次飛行中測(cè)量高達(dá)幾平方千米的范圍；小體積的旋轉(zhuǎn)翼無(wú)人機(jī)，可以通過(guò)延長(zhǎng)電池續(xù)航實(shí)現(xiàn)一些新應(yīng)用，改善目前無(wú)人機(jī)測(cè)繪的服務(wù)現(xiàn)狀。

1.3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相較傳統(tǒng)的測(cè)繪方法，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)的測(cè)繪工作方面。無(wú)人機(jī)航拍測(cè)繪，可以得到清晰的測(cè)繪圖像，并能放大測(cè)繪比例尺。同時(shí)，無(wú)人機(jī)測(cè)繪具有較高的實(shí)時(shí)性，在開(kāi)展帶狀地形區(qū)地形測(cè)繪時(shí)，利用航拍無(wú)人機(jī)可以獲得清晰、準(zhǔn)確的帶狀區(qū)域地形圖；在公路、鐵路、水庫(kù)、海岸線(xiàn)的地形測(cè)繪中，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪也能較好地解決帶狀測(cè)繪工程中的難點(diǎn)問(wèn)題[2]。

國(guó)產(chǎn)測(cè)繪無(wú)人機(jī)的性?xún)r(jià)比高。當(dāng)前，在我國(guó)的工程測(cè)繪施工中，大多使用國(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)。價(jià)格上，國(guó)產(chǎn)無(wú)人機(jī)具有較大優(yōu)勢(shì)。除了因?yàn)轱w行操作不當(dāng)造成的損壞事故外，在做好維修和保養(yǎng)工作的前提下，測(cè)繪無(wú)人機(jī)可以多次使用，且基本上不會(huì)出現(xiàn)損壞，而且無(wú)人機(jī)的維修和保養(yǎng)成本在整個(gè)工程測(cè)量成本中也相對(duì)較少。

在某些地形較復(fù)雜、氣候環(huán)境較惡劣的地區(qū)，采用測(cè)繪無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪，可以有效降低危險(xiǎn)地區(qū)的測(cè)繪風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)人機(jī)測(cè)繪可以應(yīng)用在沙漠、高原、荒漠、戈壁等人跡罕至的地方，并能產(chǎn)生良好效果。

2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在低空作業(yè)中的應(yīng)用

低能見(jiàn)度、低云、高海拔、山區(qū)是無(wú)人機(jī)測(cè)量和繪圖工作的主要范圍，這使測(cè)量和繪圖工作的內(nèi)容要復(fù)雜、有難度。在低云量時(shí)，無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪工作可與遙感技術(shù)相結(jié)合，共同完成航拍攝影任務(wù)，并且準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)影像。應(yīng)用遙感技術(shù)可以充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用價(jià)值，可以保質(zhì)保量完成繪圖的要求。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的價(jià)值除了體現(xiàn)在高難度的航拍測(cè)繪工作中，還體現(xiàn)在有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件中。在原有無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新無(wú)人機(jī)專(zhuān)用飛行檢查系統(tǒng)和低空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，并不斷對(duì)軟件進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)飛行、拍攝過(guò)程中更科學(xué)合理的地形覆蓋。與此同時(shí)，不斷提高穩(wěn)定性能的機(jī)械變形技術(shù)，可以改善無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)中廣角相機(jī)的自穩(wěn)定性，該技術(shù)可以進(jìn)一步促進(jìn)無(wú)人機(jī)測(cè)量和測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制無(wú)人機(jī)低空航測(cè)系統(tǒng)成為可能，可以獲得精確度、清晰度、分辨率更高的數(shù)據(jù)，做到準(zhǔn)確處理。

2.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在復(fù)雜地區(qū)中的應(yīng)用

將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜地區(qū)的測(cè)繪工程，除了能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得高清晰度的航拍影像之外，還可以解決許多測(cè)量難題。在復(fù)雜區(qū)域的工程測(cè)繪中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)結(jié)合地圖技術(shù)，可針對(duì)性地記錄高清圖像信息，使工作人員可以借助無(wú)人機(jī)記錄的圖像信息，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查、分析。在對(duì)低空無(wú)人機(jī)空氣成像系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)繪效果分析的基礎(chǔ)上，借助系統(tǒng)處理后的測(cè)繪數(shù)據(jù)，進(jìn)行社會(huì)資源管理和城市化規(guī)劃設(shè)計(jì)。將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于資源開(kāi)發(fā)、城市發(fā)展等項(xiàng)目，可提高工程服務(wù)的技術(shù)水平和繪圖效果，充分發(fā)揮低空無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、獲取數(shù)據(jù)快捷、高效的優(yōu)勢(shì)[3]。

2.3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用

使用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，可以不受地理?xiàng)l件的限制，精確、全面地捕捉地形中的每一點(diǎn)。使用低地?zé)o人機(jī)繪圖技術(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，還可以提高繪圖質(zhì)量。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)融合遠(yuǎn)程感知技術(shù)，可獲取無(wú)人機(jī)圖像數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在城市規(guī)劃、測(cè)繪、自然資源開(kāi)發(fā)等方面都有良好的應(yīng)用前景。

3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

3.1 航拍影像數(shù)據(jù)的收集

合理應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的前提是協(xié)調(diào)好組成無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的各個(gè)模塊之間的關(guān)系。在具體項(xiàng)目中，工作人員依據(jù)需要測(cè)量的區(qū)域范圍，科學(xué)選取無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的相關(guān)模塊，按照不同的測(cè)量精度進(jìn)行合理運(yùn)用。按照影像數(shù)據(jù)的不同使用需求，調(diào)整飛行器與平臺(tái)的運(yùn)行模式，對(duì)旋偏角與像幅進(jìn)行整合，從而保證航拍影像數(shù)據(jù)的精確性。同時(shí)，對(duì)無(wú)人機(jī)遙感航拍的程序不斷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以提升影像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性為前提，應(yīng)用多種航拍方式，以便獲取精準(zhǔn)資料[4]。

3.2 航拍影像的測(cè)量和數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取

與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的信息收集相比，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)改變了低密度信息、低使用效率的情況，可以按照不同需求合理、科學(xué)地將收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、處理，提高信息數(shù)據(jù)的使用效率。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還可以將無(wú)序的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)清除或重新排序，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及連貫性。無(wú)人機(jī)在航拍時(shí)，可收集航線(xiàn)數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行及時(shí)反饋，工作人員可準(zhǔn)確判斷障礙物，不斷調(diào)整飛行航線(xiàn)，提升安全性，保證測(cè)量工作的進(jìn)行。

3.3 航拍影像數(shù)據(jù)的處理

在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以一邊收集數(shù)據(jù)，一邊處理數(shù)據(jù)，提升了測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性，使數(shù)據(jù)真實(shí)有效。目前，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在處理信息數(shù)據(jù)時(shí)，一般會(huì)運(yùn)用數(shù)碼影像排列的方法，這就要求必須調(diào)整好無(wú)人機(jī)測(cè)量的角度，以免造成航拍影像堆疊、測(cè)繪數(shù)據(jù)圖像扭曲變形的問(wèn)題。基于此，在實(shí)際工作中，工作人員會(huì)在無(wú)人機(jī)的上方安裝數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)相機(jī)的變焦鏡頭，從不同測(cè)量角度進(jìn)行影像的拍攝，便于后續(xù)數(shù)據(jù)的處理。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前的測(cè)繪工程項(xiàng)目，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)成為工程測(cè)量的必然發(fā)展趨勢(shì)，其圖像精度高、可應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形、不受環(huán)境限制的特點(diǎn)，大大提高了測(cè)繪數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，提高了整個(gè)測(cè)繪工程項(xiàng)目的工作效率，保障了測(cè)量工作人員的安全性。