無人機遙感技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

鮑彥奇

（天水三和數(shù)碼測繪院有限公司，甘肅 天水 741000）

無人機遙感技術(shù)是指利用前沿的無人駕駛飛行器為載體、集遙感技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，具有自動化和智能化等特征，可以快速獲取國土、資源、環(huán)境等遙感信息，后續(xù)內(nèi)業(yè)完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模以及不同場景應(yīng)用分析[1]。無人機遙感技術(shù)是科技水平不斷發(fā)展的大情形下應(yīng)運而生的，在測繪行業(yè)的工程測量中發(fā)揮了非常重要的作用。目前，低空無人駕駛航空器遙感為工程勘察提供了更多的可能性，它可以實現(xiàn)較低的飛行高度，拍攝的圖像像素高，成像性能好，可以快速獲取勘察區(qū)域的地理特征等信息。此外，無人駕駛航空器再遙感還能給環(huán)境帶來很大的幫助，可以監(jiān)測并檢測該區(qū)域內(nèi)的環(huán)境。隨著各行業(yè)科學(xué)技術(shù)水平的迅猛發(fā)展，無人機遙感技術(shù)也得到了飛躍的提升，測量運動發(fā)生了革命性的變化，與傳統(tǒng)的衛(wèi)星或飛行員控制的機載系統(tǒng)相比，無人機可以以相對較低的成本提供精細(xì)的空間和時間分辨率測量[1]。

1 無人機遙感技術(shù)的優(yōu)勢與局限

1.1 無人機遙感技術(shù)的優(yōu)勢

1.1.1 成像效果好，檢測效率高

無人機遙感技術(shù)生產(chǎn)的影像分辨率較高，在較為復(fù)雜的環(huán)境中仍能獲得高質(zhì)量的圖像，生產(chǎn)的成果兼容性較強，可以與其他軟件結(jié)合使用，從而提高處理效率和速度。此外，該技術(shù)的監(jiān)測效率高。如果在緊急情況下采用監(jiān)測效率較低的技術(shù)手段，往往會出現(xiàn)延誤，但無人機遙感技術(shù)的應(yīng)用可以有效地彌補這一缺陷和不足，以便于快速解決問題。

1.1.2 易于相互協(xié)作，監(jiān)測范圍大

無人機遙感測繪技術(shù)可以對小型物體進(jìn)行實時監(jiān)測，在對設(shè)備運行過程中，無人機飛手可通過調(diào)整無人機航飛器的飛行高度以達(dá)到更大范圍對地監(jiān)測與測繪。但是，隨著無人機等載體飛行高度的增加，測繪的范圍雖然會逐漸增大，但是其精度亦會逐漸降低。此時，通過多臺無人機協(xié)作的方法可以提高監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)收集效率，使監(jiān)測規(guī)模得到擴大，對工程測量測區(qū)范圍具

有一定的可調(diào)節(jié)性，后期還可以將數(shù)據(jù)加工成三維空間數(shù)據(jù)來反映測區(qū)的實際情況，從而有效提高測繪的直觀性。

1.1.3 操作相對簡單，節(jié)省人力和時間成本

在傳統(tǒng)的工程測量中，在工程進(jìn)行的各個階段都需要工程測量技術(shù)的參與，但在工程測量外業(yè)施測得時候，首先需要大量的人力資源和海量的時間，再者，因測量技術(shù)相對復(fù)雜，一些技術(shù)人員在操作的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些錯誤，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確。無人機遙感技術(shù)主要通過控制無人機等飛行器實施外業(yè)測量工作，不需要駕駛員，操作相對簡單，最重要的是可以在保證外業(yè)測繪人員的生命安全的同時降低測繪工作中的人力和時間成本[2-5]。

1.2 無人機遙感技術(shù)的局限

1.2.1 無人機遙感技術(shù)及其平臺的性能有待提高

我國土地類型多樣，地形復(fù)雜。在特殊的地區(qū)采集數(shù)據(jù)時，會因無人機離開操作者視野或觸及較高的障礙物而導(dǎo)致無人機消失或墜落。此外，無人機作為設(shè)備載體飛行的時候缺乏足夠的穩(wěn)定性，其最大的優(yōu)勢是機體較輕，但正因如此，無人機飛至一定高空時容易受空中橫向風(fēng)力的影響，難以保證圖像的清晰度，甚至?xí)C體本身產(chǎn)生損傷。因此，提高無人機的避障能力和穩(wěn)定性是其進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵。

1.2.2 無人機遙感技術(shù)數(shù)據(jù)處理軟件有待優(yōu)化

目前，無人機數(shù)據(jù)處理軟件雖然操作簡單，具有自動化、集成化的數(shù)據(jù)處理形式，但主要集中在光學(xué)圖像的拼接上。對于飛行姿態(tài)不穩(wěn)定造成的數(shù)據(jù)失真、海量數(shù)據(jù)的拼接需要較長的時間，且計算機配置要求較高，如何消除光照造成的陰影等問題還需要進(jìn)一步優(yōu)化，多源無人機數(shù)據(jù)登記和融合的軟件也較少，仍需進(jìn)一步開發(fā)。

1.2.3 無人機遙感技術(shù)行業(yè)的相關(guān)飛行法規(guī)有待進(jìn)一步完善

無人機遙感技術(shù)不僅在軍事領(lǐng)域發(fā)展迅速，而且在林業(yè)、農(nóng)業(yè)等非軍事領(lǐng)域也發(fā)展迅速，滯后的無人機飛行行業(yè)規(guī)范限制了無人機遙感技術(shù)的發(fā)展。因此，無人機飛行行業(yè)的規(guī)范有待進(jìn)一步完善與提升，以滿足無人機遙感技術(shù)在測繪行業(yè)的應(yīng)用和迅猛發(fā)展。

2 無人機遙感技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

綜合上面情況，在無人機遙感技術(shù)具備的本身優(yōu)勢和客觀因素導(dǎo)致的局限性情況下，基于揚長避短的原則，下面就無人機遙感技術(shù)在工程測量中的具體應(yīng)用進(jìn)行探討。

2.1 信息采集

隨著現(xiàn)代工程測量學(xué)的進(jìn)步與不斷發(fā)展，對測量數(shù)據(jù)的精度要求越來越高。無人機遙感技術(shù)可以很好地滿足現(xiàn)代工程測量測繪的需要，在各種復(fù)雜環(huán)境下完成工程測量的任務(wù)，廣泛應(yīng)用于信息收集和信息處理等領(lǐng)域。在使用傳統(tǒng)的收集方法時，往往會出現(xiàn)信息混亂、綜合效果差等問題。通過無人機遙感技術(shù)在工程測量測繪中的使用，可以很好地避免類似問題。使用無人機遙感技術(shù)集成設(shè)備進(jìn)行地面信息采集的時候，面對不同的作業(yè)區(qū)域特征，無人機操控人員可以通過設(shè)置適合環(huán)境的飛行模式，來采集測區(qū)的地面地理信息數(shù)據(jù)。

2.2 獲取測繪圖像數(shù)據(jù)

傳統(tǒng)的工程測量測繪方法容易受地形等地理環(huán)境因素的影響，圖像數(shù)據(jù)的收集經(jīng)常受到各種限制。在采用無人機遙感測繪技術(shù)進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)采集時，可通過各式各樣的飛行器預(yù)先對地形地貌進(jìn)行踏勘，確保飛行器采集到的遙感影像數(shù)據(jù)滿足工程測量的需要。通過對三角測量等測繪技術(shù)的應(yīng)用，可以在整個攝影過程中及時糾正測繪中的問題，從而為后期內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析和處理打下良好的基礎(chǔ)。技術(shù)人員需要充分掌握設(shè)備的各項參數(shù)，在合理有效的控制設(shè)備正常運行，通過控制攝影相機曝光參數(shù)和傾角等途徑，提高無人機為載體的低空遙感設(shè)備在工程測量中的應(yīng)用，并升級和優(yōu)化技術(shù)細(xì)節(jié)與設(shè)備結(jié)構(gòu)。

2.3 信息處理

無人機遙感設(shè)備可以在收集數(shù)據(jù)的同事分析和處理收集的地理信息數(shù)據(jù)。在過去的工程勘測中，手動計算和分析所獲取的數(shù)據(jù)和信息可以高精度地解決簡單的工程勘測數(shù)據(jù)。但是，隨著現(xiàn)代工程測量的不斷進(jìn)步與發(fā)展，測量區(qū)域及范圍的不斷擴大，工程測量越來越復(fù)雜，所獲得的信息和數(shù)據(jù)量巨大，因此，在無人機遙控的同時進(jìn)行手動處理與計算有些不合實際，而設(shè)備與軟件可以很好地進(jìn)行信息處理。在無人機遙感的支持下，可以快速分析收集到的復(fù)雜數(shù)據(jù)，并在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)處理，與傳統(tǒng)的人工手動數(shù)據(jù)處理相比，具有更快的速度和更高的準(zhǔn)確性。無人機還能在較低的飛行高度完成信息采集任務(wù)，這有助于提高地理信息數(shù)據(jù)采集的多樣性，提高信息處理效率，并避免地理信息彩禮過程對環(huán)境造成損害。

2.4 復(fù)雜條件下的工程測量

在好多復(fù)雜環(huán)境下無法通過手動映射獲得理想的結(jié)果，通過無人機遙感技術(shù)應(yīng)用于制圖技術(shù)中，可以將遙感影像引到制圖工作中，使復(fù)雜的地形制圖工作變得簡單，并確保成圖質(zhì)量。在具體應(yīng)用中，應(yīng)將無人機載體與航空攝影結(jié)合。航空攝影測量設(shè)備的作用是拍攝復(fù)雜地形的高精度影像數(shù)據(jù)，可以為各類型災(zāi)害緊急救援提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息。航空攝影在工程測量中的使用受到眾多地理因素的制約，如測量時候測區(qū)受高度云層影響，航空攝影無法進(jìn)行正常拍攝。無人機航拍主要完成低空的測量任務(wù)，因此不受高度制約，具有良好的適用性。隨著工程測量領(lǐng)域的不斷進(jìn)步與發(fā)展，施測區(qū)域的環(huán)境也有很大的不同。不僅有平坦的地區(qū)，而且還有一些地形復(fù)雜且環(huán)境惡劣的地區(qū)。傳統(tǒng)的工程測繪方法無法實施、無法獲取地理信息數(shù)據(jù)。這時候，無人機遙感技術(shù)的就可以為惡劣環(huán)境下的大施拳腳，為工程測量提供各類解決方案，有效地提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和適用性，對工程測量的進(jìn)一步發(fā)展有很大的助力。

3 無人機遙感技術(shù)應(yīng)用的注意事項

3.1 明確、優(yōu)化相關(guān)流程

流程的明確與優(yōu)化是項目順利推進(jìn)的重要保障，無人機遙感技術(shù)是前沿的測繪技術(shù)，在應(yīng)用的過程中，應(yīng)對作業(yè)流程進(jìn)行明確梳理和優(yōu)化，對相關(guān)工作人員進(jìn)行培訓(xùn)和考察，保證相關(guān)人員各司其職，面對緊急情況時，可以做到有據(jù)可依，避免不必要的損失。同時，面對新的技術(shù)形式，每一次的具體操作都可以為技術(shù)優(yōu)化提供參考，在實踐過程中，應(yīng)及時對流程的不合理之處或突發(fā)狀況等進(jìn)行記錄，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為日后的流程優(yōu)化提供參考和借鑒。

3.2 檢查相關(guān)設(shè)備

在測量前，作業(yè)的測繪人員應(yīng)該對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，做好設(shè)備的調(diào)試工作。主要應(yīng)對三方面內(nèi)容進(jìn)行調(diào)試，一是通過檢查，從根本上確保設(shè)備是否符合基本要求，在實際進(jìn)行測量的工作中，應(yīng)該根據(jù)實際情況隨時調(diào)整設(shè)備；二是對通信、電臺等設(shè)備的情況進(jìn)行定期或不定期檢查，確認(rèn)其工作狀態(tài)，是否處于良好的運行狀態(tài)；三是對照片的重疊和路線等進(jìn)行檢查，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 控制飛行和攝影質(zhì)量

為了進(jìn)一步提高工程測量中無人機作業(yè)效率，外業(yè)作業(yè)人員應(yīng)該對飛行載體和設(shè)備進(jìn)行規(guī)范控制。一方面，相關(guān)人員應(yīng)該在規(guī)定的時間進(jìn)入現(xiàn)場，明確飛行時間和著陸位置，合理控制飛行速度，便于其獲取更高清晰的測繪圖像。另一方面，還需要根據(jù)實際情況控制無人機的飛行高度，控制無人機的飛行狀態(tài)，減少GPS造成的混亂。在飛行過程中，作業(yè)人員還需要注意飛行載體的升降速率，制定合理的安全防護(hù)對策，避免發(fā)生安全事故。

3.4 確保測繪信息的完整性與精確性

相比于傳統(tǒng)工程測量，數(shù)據(jù)采集和像控點布置都是按照常規(guī)的方式進(jìn)行安排，但無人機遙感技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用卻有了很大的不同。由于實際情況，無人機航飛器在測繪過程中并不一定按照直線飛行，而是需要根據(jù)地形等特點進(jìn)行微妙的角度調(diào)整，以保證測繪地理信息數(shù)據(jù)的完整性。但是，當(dāng)無人機改變方向時，拍攝的圖像會出現(xiàn)一些問題，不能直接作為數(shù)據(jù)使用，需要作進(jìn)一步矯正處理。一般情況下，可以在無人機在載體上安裝高清數(shù)碼相機，但是鏡頭角度不固定，以自動變焦鏡頭為宜，可以有效避免拍攝圖像的問題。此外，應(yīng)用的自動調(diào)節(jié)參數(shù)的高清相機可以根據(jù)實際作業(yè)情況調(diào)整感光度和焦距，以滿足各種類型的測區(qū)條件。

4 總結(jié)

綜上所述，無人機遙感技術(shù)為工程測量帶來了很多便利，不僅有效地提高工程測量外業(yè)作業(yè)效率和數(shù)據(jù)的精度，還可以實現(xiàn)在測區(qū)環(huán)境復(fù)雜而又惡劣環(huán)境下的測量，從而解決了傳統(tǒng)的測量無法完成的問題。同時無人機遙感設(shè)備在測繪應(yīng)用中工作效率高，作業(yè)范圍廣，數(shù)據(jù)精度良好，可以廣泛應(yīng)用于工程測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集等工作中。作業(yè)人員應(yīng)熟悉相關(guān)的注意事項，避免不必要的失誤。同時，無人機遙感技術(shù)還有大量需要研究的地方，這也為相關(guān)專業(yè)人員未來的研究指明了方向。