初探無人機(jī)低空攝影測量在地質(zhì)測繪保障中的應(yīng)用

孫愛榮

摘要：地質(zhì)測繪技術(shù)為各項工程建設(shè)提供了先期地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)，尤其在應(yīng)用無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)后，給地質(zhì)測繪保障帶來了極大的安全性和靈活性，加快了測繪工作的進(jìn)程。本文結(jié)合應(yīng)用實例，初探無人機(jī)低空攝影測量工作，分析應(yīng)用優(yōu)勢特點及不同階段下的應(yīng)用方法，最后考慮地質(zhì)測繪保障中的影響因素，將低空攝影測量以技術(shù)優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)應(yīng)用；地質(zhì)測繪保障；低空攝影測量

1.引言

無人機(jī)技術(shù)隨科技優(yōu)化，應(yīng)用渠道增加，不再僅限于傳統(tǒng)的運輸、航拍等應(yīng)用，在對精準(zhǔn)度、安全性更高要求的地質(zhì)測繪保障中也有應(yīng)用，為我國土木建設(shè)、防險救災(zāi)等領(lǐng)域提供技術(shù)支持。無人機(jī)搭載遙感技術(shù)，通過低空飛行進(jìn)行攝影測量，以此獲得地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，上傳至計算機(jī)分析系統(tǒng)中，由此為地質(zhì)勘測、施工等提供有效數(shù)據(jù)，在節(jié)約地質(zhì)測繪人力物力的同時，得到了準(zhǔn)確地質(zhì)測繪保障數(shù)據(jù)。

2.地質(zhì)災(zāi)害測繪保障中的案例分析

地質(zhì)災(zāi)害是危害國民生命、企業(yè)財產(chǎn)安全的重要影響因素，具體表現(xiàn)形式有泥石流、洪澇災(zāi)害等。

淮河流域防汛形勢嚴(yán)峻，為緩解淮河防汛壓力，開啟王家壩的數(shù)十口閘門，向周邊的蓄洪區(qū)進(jìn)行分洪[1]。地方政府呼吁所轄專業(yè)技術(shù)隊伍，進(jìn)行遙感衛(wèi)星與無人機(jī)相互配合下的雷達(dá)、低空攝影測量工作，調(diào)用洪澇災(zāi)害前后的雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并根據(jù)無人機(jī)攝影技術(shù)應(yīng)用后得出的數(shù)據(jù)聯(lián)合制圖，對該壩及周邊水域、蓄洪區(qū)的變化進(jìn)行了分洪前后對比觀測，獲得了較高應(yīng)用價值。

通過無人機(jī)低空運行后得出的地質(zhì)測繪攝影影像，幫助淮河流域完成了較為高效的分洪疏散工作，將地質(zhì)災(zāi)害的影響降到最低，保障民眾安全。該無人機(jī)的攝影測量技術(shù)以GB/T15967-2008《1∶500、1∶1000、1∶2000地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范》作為技術(shù)應(yīng)用規(guī)范，本文以此案例為基礎(chǔ)，分析無人機(jī)在進(jìn)行低空攝影測量中的應(yīng)用特點、方法，以及注意事項，通過實例討論，優(yōu)化無人機(jī)技術(shù)。

3.無人機(jī)低空攝影測量的應(yīng)用特點

3.1圖像清晰度高

利用無人機(jī)的低空攝影技術(shù)，可將測量過程的優(yōu)勢建立在傳統(tǒng)無人機(jī)技術(shù)的特點之上，比如低空攝影測量仍延續(xù)攝影設(shè)備和地面控制臺相結(jié)合的組合形式，完成數(shù)據(jù)獲得、接取、分析等流程。但優(yōu)化后的無人機(jī)測量能夠取得更加清晰的圖像，這是由于數(shù)據(jù)在傳輸至地面控制臺前，將對數(shù)據(jù)做預(yù)處理，以此將航攝影像與相機(jī)參數(shù)，包括POS數(shù)據(jù)在內(nèi)的多項影響因素調(diào)節(jié)，保證無人機(jī)攝影時的高清晰度。由案例中的數(shù)據(jù)可知，低空攝影測量將圖像清晰度達(dá)到1∶1000，滿足洪澇災(zāi)害下的地質(zhì)測繪工作要求。本文案例為保持控制網(wǎng)精度，并盡量減少城市建筑物對觀測衛(wèi)星的影響，采用4臺高精度的GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測，其靜態(tài)定位標(biāo)稱精度優(yōu)于正負(fù)（10mm+5ppmxD）。圖1為無人機(jī)低空攝影運行工作演示。

3.2工作效率較高

傳統(tǒng)無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)測繪，要顧及圖像的清晰度，因此損失了無人機(jī)的飛行速度，只有將速度控制在合理范圍內(nèi)，才能保障獲得的測繪圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量。無人機(jī)低空攝影測量提高測繪時的工作效率，這是因為數(shù)據(jù)的預(yù)處理功能，能在無人機(jī)不損害飛行速度時，便可完成地質(zhì)測繪影響較高清晰度目標(biāo)，因此該技術(shù)下的工作效率能充分引領(lǐng)無人機(jī)應(yīng)用潮流。

3.3不受云層影響

無人機(jī)在低空飛行時，飛行工作高度通常維持在50m～ 1000m的范圍內(nèi)，因此該處將不易受到云層影響，成像質(zhì)量由此增加，這是無人機(jī)在低空攝影測量技術(shù)中的一大優(yōu)勢特點。航空攝影測量能為地質(zhì)測繪工作帶來較廣范圍內(nèi)的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，而低空攝影技術(shù)將測量范圍固定在了近景中，避免云層干擾，以此提高拍攝時的清晰度。

3.4性能優(yōu)勢保持

早期的無人機(jī)測繪工作，使用到的無人機(jī)設(shè)備體型龐大，不利于設(shè)備的靈活轉(zhuǎn)彎，由此獲得到的地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)較為單一，需要運用更多的控制技術(shù)來將測繪工作完成，且地質(zhì)信息影像受到不同地質(zhì)的影響較大。使用無人機(jī)低空攝影技術(shù)進(jìn)行測量，可在遇到障礙時，直接穿越障礙去達(dá)成測繪目標(biāo)，增加該技術(shù)的應(yīng)用適用范圍，且在遭遇地表危險情況時，如水體、坑洞，該技術(shù)可有效避免危險環(huán)境，提高測繪安全性。

4.無人機(jī)低空攝影測量的應(yīng)用分析

4.1準(zhǔn)備階段中的應(yīng)用

無人機(jī)進(jìn)行低空攝影的測量時，應(yīng)首先確認(rèn)出測繪范圍，根據(jù)地質(zhì)測繪的項目需求對測繪面積做出討論，比如在本文案例中，需要測繪的面積便是該壩分洪后的區(qū)域，在此基礎(chǔ)面積之上增加10m～100m的周邊范圍，作為無人機(jī)運行時的測繪范圍。

其次測繪人員應(yīng)為無人機(jī)地質(zhì)測繪的工作效率負(fù)責(zé)，所以在準(zhǔn)備階段時布置分段的測繪點，保障測繪工作質(zhì)量。測繪點通常在整個測繪線路規(guī)劃完成后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將其分段，每一個分段節(jié)點便是測繪點，當(dāng)無人機(jī)低空飛行時，可按照測繪點的位置坐標(biāo)進(jìn)行攝影測量應(yīng)用，以此完成更好的測繪效果，還可避免工作重合現(xiàn)象發(fā)生。

攝影測量準(zhǔn)備階段的最后步驟是對無人機(jī)的檢測，為確保無人機(jī)一趟工作出行中，能獲得到清晰的地質(zhì)數(shù)據(jù)影像，需要對無人機(jī)設(shè)備做好調(diào)試，通過POS數(shù)據(jù)以及航攝的相機(jī)參數(shù)、影像數(shù)據(jù)等因素的運行標(biāo)準(zhǔn)，對低空飛行前的無人機(jī)各項參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試后需要進(jìn)行一次試測，判斷測繪影響是否達(dá)到清晰度要求，如未達(dá)到，應(yīng)重新調(diào)試。圖2為工作人員調(diào)試無人機(jī)。

4.2實施階段中的應(yīng)用

在無人機(jī)進(jìn)行低空飛行時的攝影測量時，應(yīng)注意首先建立出測繪地質(zhì)情況的三位數(shù)字模型。該模型的建立基礎(chǔ)是使用無人機(jī)進(jìn)行一次粗略的測繪，但需保證數(shù)字線劃圖與正射影像的DOM保持完整，才可確保建模準(zhǔn)確性，以此提高測繪數(shù)據(jù)的精確性。在模型建立后，以模擬圖像作為基準(zhǔn)，進(jìn)行無人機(jī)的低空攝影測量，得出的實際影像信息與該模擬圖像進(jìn)行對比、校準(zhǔn)，由此便能發(fā)現(xiàn)實際的影像信息中有無存在清晰度較差范圍，并且該信息的完整度也可被迅速發(fā)現(xiàn)。如發(fā)現(xiàn)測繪信息存在問題，則應(yīng)進(jìn)行再次測繪。

其次需要對無人機(jī)的成像做出處理，通過地面控制端來接收無人機(jī)低空攝影測量所得的實際圖像信息，在獲取的初期其圖像整體清晰度是可以保障的，但因為實際測繪中難免會遇到一些影響因素，導(dǎo)致測繪中存在局部清晰度不足、角度不正確的部位，所以針對這些部位需要進(jìn)行成像處理[2]。成像質(zhì)量問題通常由工作環(huán)境、無人機(jī)自身震動等因素影響，該種因素帶來的影響不可避免，但因影響程度不大，可被后續(xù)操作校準(zhǔn)。

4.3總結(jié)階段中的應(yīng)用

該階段下的無人機(jī)低空攝影測量應(yīng)用，主要體現(xiàn)在對測量的成果分析中，并且可由此得出測繪報告，通過專業(yè)、高效的地面控制臺計算機(jī)設(shè)備，可對測量數(shù)據(jù)做出分析，判斷該數(shù)據(jù)下的影像數(shù)據(jù)與三維模擬圖像的差距。首先可使用人工檢驗，利用三維數(shù)字的模型技術(shù)對高質(zhì)量無人機(jī)成像進(jìn)行建模，這樣可以直觀地對地質(zhì)情況進(jìn)行全面分析，模擬數(shù)據(jù)圖像具備較高精準(zhǔn)性。其次將分析后的結(jié)果，填寫在地質(zhì)測繪的報告中，可供測繪人員進(jìn)行對比分析，由此得出最為合適的地質(zhì)情況處理方案。在本文案例中，開閘放水后，將分洪前后的影像進(jìn)行對比，且疊加水域矢量，可發(fā)現(xiàn)該蓄洪區(qū)的水域面積有明顯增加。另外因為無人機(jī)的測繪精準(zhǔn)度較高，可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)該壩附近的局部農(nóng)田被淹沒，多地村落被洪水圍困。

5.無人機(jī)進(jìn)行低空攝影測量的考慮

5.1考慮風(fēng)力因素影響

無人機(jī)低空攝影測量應(yīng)用中無人機(jī)是主要載體，其飛行的基本原理就是氣流，這時因為風(fēng)力具有影響氣流的作用，所以難免會導(dǎo)致無人機(jī)飛行出現(xiàn)問題，成像結(jié)果質(zhì)量自然下滑[3]。雖然在無人機(jī)低空攝影測量發(fā)展歷程中，地質(zhì)測繪保障人員為抵抗風(fēng)力對無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行多次優(yōu)化，但抗風(fēng)能力有限，所以在現(xiàn)實使用中，應(yīng)首先將風(fēng)力程度做出測量，針對風(fēng)力等級選擇無人機(jī)是否出航。

5.2考慮雨水因素影響

雨水對無人機(jī)低空攝影測量的影響主要作用于攝像設(shè)備上，即在雨天雨水會濺射到攝像鏡頭上，這時如果鏡頭上雨水過多，則攝像設(shè)備必然無法拍攝出清晰圖像，因此在無人機(jī)低空攝影測量應(yīng)用中需要注意雨水因素。面對雨水帶來的不利影響時，可對無人機(jī)設(shè)備的攝像鏡頭部位進(jìn)行調(diào)整，加裝遮擋結(jié)構(gòu)，可在雨水規(guī)模較小時，達(dá)到一定效果，但雨水過大，則無人機(jī)設(shè)備不適宜出航。

6.結(jié)語

綜上，無人機(jī)在低空飛行中取得的攝影測量數(shù)據(jù)，能為地質(zhì)測繪工作人員帶來精度高、實時性的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，促使在較高效率中準(zhǔn)確且便捷完成地質(zhì)測繪工作，降低不同地質(zhì)條件下的測量難度。無人機(jī)低空攝影測量的技術(shù)不斷優(yōu)化，可將地質(zhì)測繪不同階段中的流程良好呈現(xiàn)，多種設(shè)備緊密聯(lián)合使用，將測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度進(jìn)一步提高，建立測繪保障的三維數(shù)字模型，使攝影測量數(shù)據(jù)分辨率增加，增強(qiáng)地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)的清晰度。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒悅忠.無人機(jī)攝影測量技術(shù)在土地整治項目中的應(yīng)用探究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2020（24）：63-64.

[2]張培洋，朱美嘉.無人機(jī)低空攝影測量在地質(zhì)測繪保障中的應(yīng)用[J].世界有色金屬， 2020（05）：218-219.

[3]高振軍，房河新，賈艷麗.無人機(jī)低空攝影測量在城市測繪保障中的應(yīng)用前景探討[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2018（01）：59-60.