無人機遙感技術在工程測量領域的應用分析

劉旭麟

【摘? 要】不斷更新的計算機、通信等專業(yè)技術，促進我國無人機產業(yè)迅速發(fā)展，成就舉世矚目。在航空遙感測繪這一傳統(tǒng)科技領域，無人機平臺已有大量輔助性應用，航測市場化的程度較高，為各大行業(yè)提供了更快、更優(yōu)的測繪服務。無人機遙感作為航空遙感測繪領域的新型應用技術，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為機動性、靈活性顯著，同時完成任務的效率高、精度可靠、經濟性好，可以滿足各種對地調查測繪的快速、實時的要求。論文基于技術應用角度，結合工程測量范疇，圍繞無人機遙感技術的優(yōu)勢、流程、方法進行了分析。

【關鍵詞】無人機遙感;工程測量;高新技術

【Abstract】The constantly updated computer， communication and other professional technologies have promoted the rapid development of China's UAV industry and made remarkable achievements. In the traditional technology field of aerial remote sensing surveying and mapping， UAV platform has a large number of auxiliary applications， and aerial surveying has a high degree of marketization， which provides faster and better surveying and mapping services for major industries. As a new application technology in the field of aerial remote sensing surveying and mapping， UAV remote sensing has the advantages of remarkable mobility and flexibility， as well as high efficiency， reliable accuracy and good economy in completing tasks， which can meet the requirements of rapid and real-time mapping of various ground surveys. Based on the technical application perspective， the paper analyzes the advantages， processes and methods around the UAV remote sensing technology in the context of engineering surveying.

【Keywords】UAV remote sensing; engineering surveying; high-tech

1 引言

我國正在推進現(xiàn)代化建設，項目數(shù)量逐步增加，測繪工作為工程的設計和施工提供重要的數(shù)據(jù)及資料支撐，保障施工質量和安全，起到了有效的輔助性作用。隨著相關科學技術的飛速發(fā)展，工程測量領域獲以革命性的技術更新。特別是近年來，無人機遙感技術在各種工程測量活動中已得到廣泛應用，方便測量內外業(yè)的開展，同時，保證了測繪生產質量。

2 無人機遙感技術的應用優(yōu)勢

2.1 操作靈活

航測型的無人機靈活度高、可控性強、自動化程度高、飛行需求條件低，只需要根據(jù)項目的具體測繪要求，做好飛行航線的規(guī)劃設計，則可遠程操控設備的起飛、航行及降落，并能針對高山、叢林等險峻的地形完成數(shù)據(jù)采集，突破外界環(huán)境的限制。有的測區(qū)樹林遮擋嚴重，可以應用無人機機載激光雷達技術，這是目前最優(yōu)的解決方案，主要利用的是其主動探測地面能力強、采集覆蓋尺度大的優(yōu)點。

2.2 測量效率高

將無人機遙感技術分解，是以無人機為平臺，攜帶具有攝影測量功能的設備，在工作人員的操控下，無人機飛行至測區(qū)上空進行攝影作業(yè)，并依據(jù)項目地形實際情況進行飛行速度、高度的實時調整。鑒于航飛自身的高速作業(yè)特點，大范圍、大面積測區(qū)還能實現(xiàn)高速監(jiān)測。從另一角度分析，航測無人機系統(tǒng)裝備了專門的數(shù)據(jù)傳輸設備，在第一時間快速完成數(shù)傳作業(yè)，能夠以系統(tǒng)性的工序動作保障測量效率。

2.3 數(shù)據(jù)精確度高

對于無人機攜帶的成像器材來說，一般采用了高精密型彩色數(shù)字攝影機，可以避免測區(qū)地物要素的遺漏，獲取高清晰、多角度、多重疊的地表影像。地面控制系統(tǒng)對此進行快速接收，在保證數(shù)據(jù)精確度的同時，極大地節(jié)省了外業(yè)的人力成本和生產成本。無人機遙感技術所具有的推廣應用價值，集中體現(xiàn)為造價低、運行成本低、經濟適用性好，這在工程測量領域更是毋庸置疑與否定。但是，經過長期的實踐，發(fā)現(xiàn)無人機遙感技術存在旋偏角偏大、姿態(tài)穩(wěn)定性欠缺、行帶排列不整齊、地面分辨率不足等現(xiàn)象，并且屬于不可徹底避免的技術弱點，尤其是在山區(qū)應用該技術測繪地形圖，上述問題總是存在著較高的發(fā)生概率，最終會影響數(shù)據(jù)成果的精確度，有待改進。

3 無人機遙感技術的應用流程

3.1 運行調試

無人機遙感技術的應用，運行調試是第一位的工作，具有準備性。無人機的運行調試并不復雜，主要包括以下三個步驟：首先，根據(jù)無人機的機型特征、飛行軌跡及控制狀態(tài)進行運行調試，確保各項工作指標正常，為飛行質量提供基本保證;其次，對產生的誤差、精度問題進行處理，常規(guī)手段是結合專題軟件、地形地貌圖等進行校準，并對無人機的運行坐標進行測試評定;最后，由于電池電量的不足會影響作業(yè)要求與完整性，故在飛行作業(yè)之前，應對無人機電池的存量進行檢查?？傊?，雖然航測無人機的品牌多、款式多，運行調試操作則大同小異，具有測量系統(tǒng)普遍具備的高精密性，這也符合操作規(guī)程的要求，反映運行調試是航測外業(yè)實施的基礎準備之思想。

3.2 航空攝影

航測無人機在測區(qū)上空飛行，測量質量比較容易得到保證，原因在于所受到的外界環(huán)境干擾普遍較小。但從減少測量粗差以及不必要的誤差影響角度看，應該提前掌握測區(qū)的地形地貌信息，水系、交通、管線、地貌、植被、居民地等地形圖要素，將其概略分布情況進行明確;然后再設置合理的飛行航線，選擇合適的工作時間。關于工作時間，需要結合測區(qū)的風力、風向、降雨、起霧、云系高度、光照強度、太陽高度角等信息進行選擇，一般最適宜在晴朗、風阻低、云霧少、無塵沙飛揚、大氣透明度高的天氣進行航空攝影作業(yè)。為了獲取最佳的航拍影像效果，航測無人機在飛行的過程中，還應不斷地對其攝影設備的焦距、像幅進行調整。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸及歸類

從無人機遙感技術的整個工作流程來看，數(shù)據(jù)傳輸是重要環(huán)節(jié)，其關鍵在于如何借助航測無人機的設計程序及裝置內發(fā)射出的信號，將必要的數(shù)據(jù)信息快速、穩(wěn)定地傳遞至處理終端?，F(xiàn)階段，整個無人機遙感技術系統(tǒng)采用的數(shù)傳技術、網(wǎng)絡傳輸方法有待優(yōu)化提升，常規(guī)的電臺傳輸方法穩(wěn)定性較高，但其控制范圍有限。鑒于此，在航空攝影這一外業(yè)的過程中，應控制無人機飛行的速度，保持勻速前行，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|量，為測繪數(shù)據(jù)的準確性奠定基礎。數(shù)據(jù)傳輸完成之后，再進一步提升測繪質量，利用專業(yè)配套的數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行分析、歸類等處理。不難看出，基于軟件的應用、高新技術人機交互式的操作，測繪生產成本中的人員成本項可以得到優(yōu)化、控制。

4 無人機遙感技術的具體應用方法

4.1 在城市規(guī)劃中的應用

隨著城鎮(zhèn)化建設的穩(wěn)步推進，建筑物及構筑物也在不斷地更新。應用無人機遙感技術，能夠充分掌握管轄區(qū)域內土地開發(fā)利用的現(xiàn)狀，進而可以調整區(qū)域規(guī)劃，依據(jù)長期發(fā)展規(guī)劃，深度優(yōu)化城鎮(zhèn)空間的布局。從提升土地資源利用率及利用效益的視角看，無人機遙感技術起到了基礎支撐性的作用，正在以先進的技術手段加快城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展的進程。無人機遙感技術與GNSS、GIS等技術進行聯(lián)合應用，綜合效益更顯著。例如，工程建設的前期規(guī)劃當中，獲取施工區(qū)域的地質、水文、氣象等地理信息的數(shù)據(jù)，有助于相關部門的精準施政。再如，市政道路的工程施工當中，前期勘測獲取施工區(qū)域的大比例尺地形圖，有助于策劃施工部署，在過程中依據(jù)航片信息反映的進度情況，可為工程監(jiān)管工作提供重要參考，一方面起到實時監(jiān)測的作用，另一方面起到精確組織的作用。施工計劃的調整能夠更加精確化，由此加大工程監(jiān)管力度，確保工程按時、保質完成。

4.2 在復雜地區(qū)中的應用

在地形條件較為復雜的地區(qū)，環(huán)境惡劣、信息交錯，傳統(tǒng)的測繪技術難以發(fā)揮作用，測繪結果也難以保證較高的精確度。目前，解決這類問題的優(yōu)秀方案中，應用無人機遙感技術當屬首選。航測無人機可以不受目標區(qū)域地形地貌的復雜多變性之影響，低空測量性能突出，能夠滿足多種測繪需求。但是，航測無人機在復雜環(huán)境下的應用還是有一定的難度，需要注意以下兩個要點：一是加強測量系統(tǒng)的保護意識，工作人員應采取一些必要的措施，避免無人機的意外損壞、丟失等，以確保測繪工程順利完成;二是加強測量系統(tǒng)和相關設備的升級意識，例如，裝備傾斜攝影測量系統(tǒng)或增配機載激光雷達系統(tǒng)，如此儲備測繪技術力量，測量系統(tǒng)時刻保持較強的靈活性、適應性，更便于測繪活動的應急性開展。

4.3 無人機航攝數(shù)據(jù)后期處理

事實上，對外業(yè)影像數(shù)據(jù)所反映的信息進行分析、歸類等處理的過程，始終具有人機交互特點，充分折射后續(xù)生產的智能化程度，這要求在提高信息處理質量的同時，兼顧提高信息處理的效率。例如，在當前工程測量活動中，礦山測量較為常見，對整個礦區(qū)應用無人機遙感技術進行數(shù)據(jù)采集，可以高效地獲取地面信息，事后使用配套的商業(yè)軟件進行數(shù)據(jù)處理，可以高質量地生成DOM、DEM、DLG等產品，體現(xiàn)現(xiàn)代測繪手段的便捷性、精確性。與傳統(tǒng)的工程測量技術比較，數(shù)據(jù)信息的后期處理環(huán)節(jié)所采用的技術手段變化大，基本上取代了大量的人工操作。傳統(tǒng)技術的缺點較多，效率之低造成時間浪費，同時，精度還不完全得到保證，明顯不利于測繪任務的順利完成;現(xiàn)代技術的針對性較強，特別是云端協(xié)同、智能共享，充分加速技術融合，有效避免這類問題的發(fā)生。所以，無人機遙感技術后期處理的本質，是專業(yè)軟件開發(fā)與應用的具體實現(xiàn)，反映軟件執(zhí)行功能深化、算法優(yōu)化、操作簡化的技術路線。另外，工作人員需要適當?shù)亟邮芎綔y理論基礎培訓，有助于保證后期處理的專業(yè)性，以及測繪成果的及時性。

5 結語

綜上所述，工程測量專業(yè)領域的范圍較廣，具體包括地形測量、規(guī)劃定線與撥地測量、市政工程測量、水利工程測量、建筑工程測量、線路工程測量、礦山測量和竣工測量等，普遍具有大面積作業(yè)的特點，可以從不同的任務方向、需求細節(jié)等維度融合無人機遙感技術。與此同時，考慮工程測量行業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展的意義，測繪單位應在廣泛的生產實踐中，以保證作業(yè)安全、提升工作效率、保障成果質量、控制生產成本作為基本出發(fā)點，開展各種應用場景的規(guī)律研究，推動技術實施方案與質量控制方案朝著更加深入、具體的方向發(fā)展。

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