無人機技術(shù)在測繪工程中的應用與實踐

何自楊

北京中色地科測繪有限公司 北京 100012

現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展，推動了我國無人機產(chǎn)業(yè)的不斷創(chuàng)新和進步。無人機技術(shù)在許多行業(yè)和領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應用，許多相關(guān)設備得到了改進，為無人機測繪技術(shù)的應用和推廣打下了良好的基礎(chǔ)。隨著無人機測繪技術(shù)的不斷成熟，測量工程中無人機的應用程度越來越高，通過引入無人機測繪技術(shù)，不僅能夠有效增加監(jiān)測尺度，同時也有助于改善監(jiān)測精準性與效率，表現(xiàn)出了良好的應用價值與發(fā)展前景。然而，當下測繪工程中應用無人機測繪技術(shù)依舊存在一定的問題，比如說無人機測繪技術(shù)的穩(wěn)定性、精準性等，還有待進一步的驗證與優(yōu)化，也受到了各界人士的普遍關(guān)注。

1 概述

無人機測繪技術(shù)又稱無人機遙感技術(shù)。它集成了多種技術(shù)，包括GPS、通信、遙感和無人駕駛，具有專業(yè)化、自動化和智能化的特點，特別是在地理信息制圖方面。無人機測繪技術(shù)不僅可以隨時隨地升級、更新測量的相關(guān)信息，而且可以為環(huán)境整改、城市建設提供有力的信息支撐。在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，科學技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化，而傳統(tǒng)的遙感技術(shù)難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，再加上地形、建筑變化較大，城市建設、車站、機場等工程施工環(huán)節(jié)都要求有海量的數(shù)據(jù)信息給予支持，因此，無人機測繪技術(shù)得到了廣泛應用，以確保數(shù)據(jù)和信息收集更加充分和準確。無人機測繪技術(shù)中不僅僅包含著數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)、導航定位系統(tǒng)，而且還涉及到了高清分辨率的傳感系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)將通訊、GPS、計算機等技術(shù)融合在一起，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。在無人機測繪技術(shù)的具體應用過程中，及時對數(shù)據(jù)信息進行收集、處理、更新，比如低空飛行，不會受到空間局限性，在注冊成功以后便可以立即飛行，使數(shù)據(jù)采集快速更新，速度較快，準確率也極高[1]。

2 無人機技術(shù)在測繪工程中的應用優(yōu)勢

2.1 監(jiān)測范圍廣

①與傳統(tǒng)的無人駕駛飛行技術(shù)相比，無人機飛行技術(shù)不易受到其他因素的影響。它可以在任何高度空間完成拍攝，在某些惡劣環(huán)境下飛行，獲得準確的圖像數(shù)據(jù)。除此之外，借助無人機測繪技術(shù)可直接完成一些特殊區(qū)域的測量工作，包括沙漠地區(qū)、草原、沼澤等，可提升工程測量的經(jīng)濟性。②監(jiān)測效率高。通過使用無人機遙感測繪技術(shù)，可快速且準確獲取到監(jiān)測區(qū)域需要的影像數(shù)據(jù)，并在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸、整理、分析，可提升數(shù)據(jù)傳輸速度、影像清晰度。近年來，無人機遙感測量技術(shù)廣泛應用于水工環(huán)測量、地震災害防治及洪水災害的治理工作中，具有較高的實用性、適用性。③操作流程簡潔。目前某公司推出的無人機型號均可實現(xiàn)線路規(guī)劃、任務分析和自動返航等功能，在執(zhí)行任務過程中可根據(jù)實際情況自行決策，具備更強大的自主決策能力，操作流程更簡單快捷，專業(yè)性較強。④數(shù)據(jù)安全可靠。伴隨我國建筑行業(yè)發(fā)展的速度越來越快，施工過程中對于測量的要求也日益提高，而無人機測繪技術(shù)主要運用的是先進的系統(tǒng)，優(yōu)點就在于能夠快速對數(shù)據(jù)進行收集、整理與處理，工作效率以及數(shù)據(jù)安全高，而且準確、真實且可靠[2]。

3 無人機技術(shù)在測繪工程中的應用流程

3.1 飛行準備

首先，對項目所在區(qū)域進行相應的地形地貌調(diào)查。如果測量區(qū)域的地形起伏較大，為了更加準確的獲取測繪結(jié)果需要對所測區(qū)域?qū)嵤┍匾淖訁^(qū)域分割，就是充分參照地形的具體變化情況對所測區(qū)域分成不同的飛行區(qū)域，在此基礎(chǔ)上參照不同區(qū)域的具體特性設定“飛行高度”“航向重疊度”“旁向重疊度”等相應飛行測繪參數(shù)。其次，航線的節(jié)點設置必須以整個航線為中心，呈網(wǎng)狀進行合理的分布。只有選擇科學合理的航線，才能夠確保無人機操作更加有序地進行。

3.2 像控點布置

使用無人機進行測量時，需要合理布置圖像控制點。只有經(jīng)過科學的計算，保證布置點的合理性，才能確保后續(xù)測量工作的全面實施，最終得到準確的測量數(shù)據(jù)和清晰的影像。因此，像控點的布設是保證后續(xù)工作進行的關(guān)鍵。另外，要注重布設的像控點位置。要布設在航線附近區(qū)域，選擇地勢起伏較小的平緩地區(qū)。如果地勢復雜傾斜角度比較大，就會影響到像控點的布置效果。像控點的布設主要是為了輔助拍攝關(guān)鍵的部位，準確地確定數(shù)據(jù)和圖像。所以，在布設的過程中，要接近重要位置。只有做到這幾方面，才可以確保無人機攝影工作的順利進行。

3.3 空三角測量

無人機測繪技術(shù)應用于工程測量時，其采集的信息往往受到茂密植物和高層建筑的影響，若是地表控制點設置區(qū)域不合適就非常容易引發(fā)所測內(nèi)容不準確，甚至無法獲取影像等問題。所以為了提升測繪準確性要實施空中三角加密測量的方式。通過此種加密測量方式能夠進一步增強影像之外方位元素預算的準確性，能夠充分發(fā)揮軟件的作用，可以有效避免地表相應元素對測繪內(nèi)容的影響，從而大大增強測繪準確度，尤其是對于較為復雜的區(qū)域來說通過空中加密處理更可以增強測量精度[3]。

3.4 數(shù)據(jù)采集

隨著無人機測繪技術(shù)應用范圍的不斷擴大，其在實際應用過程中的效果也受到了各施工企業(yè)和施工單位的重視。實際上，無人機測繪技術(shù)在測繪領(lǐng)域的實際應用涉及到影像資料的獲取，其主要是在過程測繪過程中通過無人機測繪技術(shù)倆對測繪區(qū)內(nèi)的各個物體形成坐標，后續(xù)進行精確定位，在工作人員做好像控后這可以快速幫工程師測繪圖像。在實際的應用過程中，無人機測繪技術(shù)可以自動調(diào)整測繪影像的比例和圖幅尺度等，與此同時，還會自動調(diào)整測繪影像的比例和圖幅尺度，其帶有先進的三維模型效果，為后續(xù)的建筑工程項目開展提供一定的數(shù)據(jù)支撐。而在應用無人機測繪技術(shù)的過程中，相應的建筑企業(yè)以及施工單位也要安排專業(yè)的操作人員來開展相關(guān)工作，在實際操作中工作人員要對無人機測繪技術(shù)的應用情況有一個全面的掌握，后續(xù)對計算機輸入指令，同時還要對測繪區(qū)域進行劃分，合理設計無人機航線，以此來獲取精確的數(shù)據(jù)，最終順利完成工程測繪工作。

3.5 數(shù)據(jù)處理

由于無人機體積小，所搭載的數(shù)碼相機的布置會有一定的不規(guī)則性，在無人機俯沖轉(zhuǎn)彎過程中會出現(xiàn)圖像疊加問題。因此，在實際測繪工作中，應及時調(diào)整相機的參數(shù)和焦距，通過科學合理地控制無人機的運行角度、改變圖形的拍攝效果來避免圖像模糊變形，確保圖像數(shù)據(jù)信息的精準性，提升無人機的工作效率。如：由于上述項目測量區(qū)域植被茂盛，在實際測繪過程中可以采取做好數(shù)據(jù)濾波去除影響測量數(shù)據(jù)中點云的措施。除此之外，技術(shù)人員還要做好數(shù)據(jù)的存儲工作，對一些無用的數(shù)據(jù)要進行信息采集器格式化，這可以避免新數(shù)據(jù)或者影片重疊彎曲等問題，進而保證良好的影像清晰度，進一步提升無人機技術(shù)的應用效果。

3.6 低空作業(yè)

過去，無人機測繪技術(shù)在起降條件差、云層低的山區(qū)作業(yè)時會面臨很多問題，對工程測量產(chǎn)生很大影響。針對這一問題，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)航空攝影逐漸被低空無人機攝影系統(tǒng)取代，在資源開發(fā)、環(huán)境變化監(jiān)測、農(nóng)林監(jiān)測中得到了較大范圍的應用。實際應用過程中發(fā)現(xiàn)，無人機遙感測繪技術(shù)可充分發(fā)揮自身靈活性和安全性優(yōu)勢，以獲取影像數(shù)據(jù)。以應急事件監(jiān)測工作為例，無人機飛艇低空航測系統(tǒng)可投入特定工作中。無人機飛艇低空航測系統(tǒng)，包括低寬角低空數(shù)碼相機和檢校相結(jié)合，檢校軟件和相片重疊關(guān)系可降低誤差范圍。除此之外，在低空作業(yè)中，應用無人機遙感測繪技術(shù)時，應嚴格把控技術(shù)要點，實現(xiàn)自動化操作。目前使用的無人機飛艇低空航測系統(tǒng)，已配備先進的數(shù)據(jù)處理軟件，自動化測量水平較高，同時可保證影像數(shù)據(jù)的分辨度、清晰度[4]。

4 無人機技術(shù)在測繪工程中的實踐應用

4.1 海岸線地形測繪

我國海洋資源豐富，海岸線很長，加強海岸線測量將有助于確保中國國土資源的安全。在開展軍事工程、海岸資源開發(fā)以及水池養(yǎng)殖等項目時，對海岸線地形進行測量十分重要。傳統(tǒng)的海岸線地形測量工作，需要工作人員通過相關(guān)設備和儀器進行測量，不僅難以提高測量工作的效率，也會消耗大量的人力與物力資源，而通過無人機測繪技術(shù)，一方面可以很好地提高海岸線地形測量工作的效率，另一方面也能夠保證測量數(shù)據(jù)的準確性。在應用無人機進行海岸線地形測量時，首先要確保無人機在低空區(qū)域平穩(wěn)的飛行，其次要在測量前做好準備工作，開展相關(guān)資料的調(diào)查，并且設置好各個控制點，從而精準歸納和分析測繪區(qū)域中心與間隔航線布設平高點等各項測量數(shù)據(jù)，使其具有良好的精準性與可靠性。

4.2 礦山地形測繪

首先，為了無人機測繪路線的設計安全，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繪的需求，測繪人員就需要明確無人機的飛行高度和相機的分辨率等飛行參數(shù)。然后，測繪人員一定要做好地面控制的工作為測繪的順利進行提供保障，就像提前設置測繪點，這樣就能方便無人機進行數(shù)據(jù)的采集工作。另外，在初次飛行成功以后，測繪人員還需要實時地查看無人機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，測繪人員就需要調(diào)整無人機的拍攝角度以及其飛行高度，以獲取更多、更符合要求的測繪信息。最后，測繪人員就需要對收集到的測繪數(shù)據(jù)進行科學的分析與整合，以得到完整的礦山地形全貌、交通狀況、植被覆蓋等信息，為以后要進行的礦山開采作業(yè)提供科學的指導意見[5]。

4.3 應用于復雜環(huán)境

在環(huán)境惡劣地區(qū)的工程測量中，傳統(tǒng)的測量技術(shù)難以充分發(fā)揮其作用。測量過程中，在進行單一的航空拍攝時，不僅要考慮云層，還要對其地勢、地形進行全面考察，運用傳統(tǒng)測量技術(shù)難以完成。但無人機測繪技術(shù)在工程測量中的運用，能夠克服因其地理環(huán)境的復雜帶來的局限性，無人機測繪技術(shù)能夠?qū)λ械纳酱ê恿?、不同的地理環(huán)境全面展開相關(guān)測量工作，進而促使整個工程的成像精確度提高。無人機測繪技術(shù)不僅能對平原大川展開較好的測量工作，還能夠精確拍攝環(huán)境相對惡劣的山區(qū)，這是傳統(tǒng)測量技術(shù)所達不到的高度，很多之前無法克服的難題無人機測繪技術(shù)都能夠做到有效破解，并且能高效保障整個測繪工程順利完成。無人機測繪技術(shù)在運用過程中成本低、安全性高，在測繪工程中頗受青睞，并得到廣泛推廣[6]。

4.4 應用于災情救援

近年來，我國地震等自然災害頻繁發(fā)生，采用無人機測繪數(shù)據(jù)處理方法可以提高救援效率。無人機測繪技術(shù)具有機動性和靈活性，能夠快速獲得災區(qū)的真實影響。合理應用無人機測繪數(shù)據(jù)技術(shù)，可以有效地提高災害救援工作的效率，通過測繪技術(shù)的應用，為救援人員提供方便。針對山區(qū)公路邊坡，在測量中增加了人員測量的風險，合理運用無人機測繪數(shù)據(jù)處理方法，有效提高了安全性，為后期公路測量提供了可靠的參考數(shù)據(jù)信息。一是利用無人駕駛飛機進行數(shù)據(jù)測繪，二是利用動態(tài)后測數(shù)據(jù)處理技術(shù)，三是利用GPS技術(shù)進行精確定位。利用外業(yè)航拍技術(shù)在山區(qū)可對周邊地形山區(qū)公路進行實景拍攝，并對測繪數(shù)據(jù)信息進行有效控制和合理處理。

5 結(jié)語

綜上所述，科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，經(jīng)濟的發(fā)展推動科學技術(shù)不斷創(chuàng)新，為人們的生產(chǎn)生活帶來了諸多便利，提升了人們生活的質(zhì)量與效率。尤其是在測繪工程的應用中，無人機測繪技術(shù)的研發(fā)大大提高了測繪工程數(shù)據(jù)的精確度，在測繪工程運用中有著不可動搖的地位。作為先進測繪技術(shù)之一的無人機測繪技術(shù)在工程測繪測量領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，為工程的有效開展奠定基礎(chǔ)，不僅降低測繪成本、提升測繪效率，還能使測繪數(shù)據(jù)更加準確全面，確保工程測繪效果。