RTK技術(shù)在無人機航空攝影測量中的應(yīng)用探究

伍麗萍 李小花

（江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊 江西南昌 330000）

科技的不斷發(fā)展及普及應(yīng)用帶給社會各個行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的機遇。在測繪領(lǐng)域，各項先進(jìn)測繪技術(shù)在快速發(fā)展的同時，被推廣應(yīng)用到測繪工程中，其中，RTK 技術(shù)和無人機航空攝影測量技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地獲取測繪區(qū)域的地理信息、圖文信息等相關(guān)數(shù)據(jù)。尤其是在技術(shù)搭配使用的條件下，可以進(jìn)一步提高測繪工作效率，具體體現(xiàn)在快速獲取大比例尺地形圖，并在此過程中，可以通過分析、處理獲得的高分辨率的影像資料，從而有利于整體優(yōu)化測繪工作流程，對整體提高測繪工作質(zhì)量和效率大有裨益。鑒于此，本文基于測繪工作優(yōu)化角度考慮，深入研究“RTK 技術(shù)在無人機航空攝影測量中的應(yīng)用”，具有顯著的研究意義和實踐指導(dǎo)價值。

1 無人機航空攝影測量技術(shù)優(yōu)勢及無人機類型選擇概述

1.1 技術(shù)優(yōu)勢

在測量工作中，無人機航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢眾多，總結(jié)體現(xiàn)在以下幾個方面。

一是相比傳統(tǒng)落后的人力測量方式，無人機在測量方面具有顯著的優(yōu)勢，測量人員可以在操控?zé)o人機的情況下，對測繪區(qū)域進(jìn)行全方位的航空攝影，并且可以進(jìn)行詳細(xì)記錄，尤其是一些特殊地區(qū)，可以在無人機遠(yuǎn)程操控下便捷地展開全方位攝影測量，從而極大地提高測量工作效率和質(zhì)量［1］。

二是無人機在航空攝影過程中，可以適應(yīng)各類惡劣環(huán)境，尤其是在一些天氣惡劣的情況下，人工外出進(jìn)行測量，不僅難以保證測量工作質(zhì)量，還可能威脅測量人員的生命和財產(chǎn)安全。而無人機航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用在測量實踐中，工作人員只需要在室內(nèi)進(jìn)行無人機操控，即可讓無人機飛往測繪區(qū)域進(jìn)行全方位攝影，可以快速獲得高分辨率影像資料，從而有利于大幅度提高測量工作質(zhì)量和安全性。不僅如此，在測量工作過程中，可能遭遇山體滑坡、泥石流、大型動物襲擊等問題，針對此類突發(fā)狀況，若在測量工作中采取傳統(tǒng)測量方式，不僅會影響測量工作效率和質(zhì)量，還不利于后續(xù)工作的順利展開。而針對此狀況，測繪工作人員使用無人機航空攝影測量技術(shù)進(jìn)行測量，可以保證測繪結(jié)果的完整性和有效性，即便遭遇陰雨天氣，也不會影響航測影像的清晰度［2］。

三是測量數(shù)據(jù)處理精度高。在數(shù)據(jù)采集工作完成之后，應(yīng)及時對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在此過程中，測繪人員采取人工處理方式，數(shù)據(jù)處理結(jié)果可能受到多種主、客觀因素的影響，進(jìn)而會影響數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。而無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用可以獲得更加高效的數(shù)據(jù)處理效果，尤其在RTK 技術(shù)的應(yīng)用支持下，可以大幅度提高數(shù)據(jù)處理效率和質(zhì)量［3］。如圖1所示為無人機航空攝影測量技術(shù)作業(yè)示意圖。

圖1 無人機航空攝影測量技術(shù)作業(yè)示意圖

1.2 無人機類型選擇

將無人機航空攝影測量技術(shù)應(yīng)用在測量工作中，測繪工作人員需要在測量工作正式開始之前做好各項準(zhǔn)備工作，其中，無人機類型的合理選擇至關(guān)重要，其不僅影響最終的測繪工作結(jié)果的可靠性和有效性，還直接關(guān)系測量工作是否能夠順利完成，為此，測量工作人員應(yīng)合理選擇無人機類型。在實踐中，無人機常用的類型有固定翼無人機、旋翼式無人機（見圖2）兩類。在無人機航空攝影測量過程中，無人機類型的選擇需要根據(jù)特性進(jìn)行，其除了具備足夠的巡航能力和抗風(fēng)能力外，還要確保無人機具有一定的荷載能力，以確保其可以搭載高分辨率設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離航測［4］。在無人機應(yīng)用期間，應(yīng)滿足區(qū)域定時檢查，確保空中懸停高度，不僅如此，還要保證無人機質(zhì)量性能始終處于良好狀態(tài)中，才能為無人機航空攝影測量工作有序、安全完成提供有力支持［5］。

圖2 旋翼式無人機示意圖

2 RTK 技術(shù)在無人機航空攝影測量中的應(yīng)用分析

2.1 無人機航空攝影測量作業(yè)流程

在無人機航空攝影測量過程中，相關(guān)測繪工作人員應(yīng)深入分析基礎(chǔ)作業(yè)流程。通常而言，在實際測量環(huán)節(jié)，測繪人員應(yīng)基于UPS 接收站和電臺數(shù)據(jù)來確定無人機航線，同時，針對無人機的航測路線來獲取高精度測量數(shù)據(jù)，從而可以在高空間數(shù)據(jù)分辨的支持下，進(jìn)一步增強無人機航空攝影測量的DOM 與DEM 數(shù)據(jù)疊加效果，并模擬出相應(yīng)的三維空間場景，只有這樣，在工程現(xiàn)場勘察及設(shè)計工作中，無人機航空攝影測量工作才能提供更加精準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置服務(wù)。

與此同時，無人機航空攝影的主系統(tǒng)通過平行駕駛模式，使得陳列系統(tǒng)獲得分辨率高的數(shù)據(jù)信息，不僅如此，還要與地面遙感系統(tǒng)相結(jié)合，以此確保飛行器的信息測量工作獲得更加全面的數(shù)據(jù)［6］。在陳列相機CCN 及飛行系統(tǒng)的控制上，需要對地面遙控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計，這樣無人機在數(shù)據(jù)獲取中，能夠進(jìn)一步實現(xiàn)設(shè)計流程的整體優(yōu)化，從而有利于提高無人機數(shù)據(jù)獲取效率和質(zhì)量。不僅如此，在飛行資料及獲取方面，相關(guān)的操作也會更加簡單及便捷。此外，在整體無人機航空攝影流程設(shè)計中，應(yīng)對航空攝影質(zhì)量、數(shù)據(jù)預(yù)處理、航攝資料等進(jìn)行數(shù)據(jù)的整體分析，通過這種方式，可以進(jìn)一步提高無人機航攝資料的完整度和清晰度［7］。在此過程中，相關(guān)工作人員還要做好其他系列的工作，如航攝質(zhì)量檢查、航攝資料整理等。

總體來說，在無人機航空攝影工作設(shè)計流程中，需要嚴(yán)格按照要求來做好各項技術(shù)準(zhǔn)備工作，并對航空攝影進(jìn)行像控點布設(shè)測量控制，在此基礎(chǔ)上，對數(shù)字進(jìn)行空三加密。在此過程中，由于空三加密應(yīng)用了RTK 技術(shù)進(jìn)行測量，獲得了高精度的平高像控點數(shù)據(jù)，即使無人機航空攝影獲得的影像資料無法分辨地物要素、通信線設(shè)施等，也可以進(jìn)行采集與分辨處理。此外，在生成DEM 數(shù)據(jù)之后，立體采集的DLG 數(shù)據(jù)也會逐步形成，并且RTK 技術(shù)會根據(jù)提前設(shè)置的編碼程序自動完成圖形的繪制，從而可以大幅度提高外業(yè)調(diào)繪及補測效果，進(jìn)而快速便捷地獲得相應(yīng)的航測成果［8］。如圖3所示為基于RTK技術(shù)的無人機航空攝影測量作業(yè)示意圖。

圖3 基于RTK 技術(shù)的無人機航空攝影測量作業(yè)示意圖

2.2 基于RTK技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行無人機定位

在無人機整體定位過程中，普通測量相機即可獲得大量的拍攝相片數(shù)據(jù)，但為了滿足其整體的測量需求，應(yīng)對航測獲得的相片數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度處理，通過這種方式，即可在空間交匯情況下逐步降低外方位元素對相片數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的影響，進(jìn)而可以有效降低光束因素對數(shù)據(jù)精度的影響，最終可以通過相機內(nèi)方原色的多重計算，在整體數(shù)據(jù)輔助中更清晰地呈現(xiàn)方位元素［9］。尤其在RTK 技術(shù)應(yīng)用支持下，可以在獲取目標(biāo)物的前提下，獲得精準(zhǔn)度更高的目標(biāo)位置，這樣可以全面提高測量空間精度。在無人機定位過程中應(yīng)用RTK技術(shù)，無人機攝影平臺效果更加顯著，為此，在基礎(chǔ)導(dǎo)航信號提供的條件下，無人機在飛行信號定位精度方面會具有更顯著的優(yōu)勢，這樣一來，通過控制無人機飛行的整體姿態(tài)，即可讓無人機按照預(yù)定軌跡進(jìn)行自動飛行。在此基礎(chǔ)上，測量工作人員通過遠(yuǎn)程操控?zé)o人機的整體飛行姿態(tài)，即可保證無人機的飛行質(zhì)量［10］，這樣一來，即可在規(guī)定時間內(nèi)高質(zhì)、高效地完成無人機航空攝影測量工作，并保障航測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

2.3 基于RTK技術(shù)的無人機航攝相片處理

在無人機航空攝影測量中使用RTK 技術(shù)，要保證測量工作質(zhì)量，還要做好相應(yīng)的無人機航測相片處理，具體包括航攝影像空三加密處理、圖像快速拼接技術(shù)兩部分的內(nèi)容，具體如下。

（1）航攝影像空三加密處理。在空中三角測量過程中，由于坐標(biāo)點會因為地面控制點的移動而發(fā)生相應(yīng)的變化，在計算機上，航攝地面控制點為基差條件，在無人機航攝定向元素受到影響的條件下，可以將野外控制測量工作全部轉(zhuǎn)移至室內(nèi)完成，通過這種方式，可以有效規(guī)避外界因素的干擾，極大地提高無人機航攝工作效率及質(zhì)量。同時，在獨立模型中的三角數(shù)據(jù)測量，應(yīng)進(jìn)行延時攝影的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測繪，并根據(jù)航測單位差的坐標(biāo)觀測值，進(jìn)行控制點坐標(biāo)的求解。在此過程中，測繪工作人員可以充分利用向點坐標(biāo)的變化情況，以此增加坐標(biāo)原始觀測值的清晰度，與此同時，在專業(yè)數(shù)據(jù)控制中，應(yīng)使用平差進(jìn)行解算，這樣即可獲得更加清晰的數(shù)碼相機控制點成果。

（2）通常情況下，無人機航空攝影測量高度偏低，不利于整體影像效果的提高。為此，在實際的無人機航空攝影測量過程中，為整體提高影像效果，應(yīng)對LLD數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，具體是嚴(yán)格按照要求來控制LLD 的整體像素，還要適當(dāng)?shù)乜s減無人機航測攝像覆蓋面，才能整體提高航測影像的整體分辨率。通過這種方式，可以在攝影圖像整合的前提下輔以自動拼接技術(shù)，可以根據(jù)正影圖像的變化，進(jìn)一步提高色彩的整體匹配度，進(jìn)而可以通過融合獲得一個沒有色彩的拼接圖像。在此過程中，關(guān)鍵技術(shù)步驟是充分利用自動識別技術(shù)讓計算機更好地識別影像的特征，最終可以在影像特征的持續(xù)變化過程中相應(yīng)的線面體系就具有旋轉(zhuǎn)不變、不受光照影響的基本特征，可以稱之為興趣算子，基于興趣算子的提取，即可對無人機航空攝影圖像進(jìn)行自我修復(fù)。

無人機航空攝像預(yù)處理結(jié)構(gòu)具體如下。準(zhǔn)備待處理數(shù)據(jù)，通過IFT特征匹配進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，隨后通過RANSAC 進(jìn)行粗差點剔除操作，可以大幅度提高影像特征點的匹配工作的可靠性，隨后在光束法空三加密處理下獲得航測影像，最后通過圖像拼接處理獲得影像成果。

2.4 基于RTK 技術(shù)應(yīng)用的無人機航空攝影測量案例分析

在現(xiàn)代工程測繪工作中，無論是RTK 技術(shù)應(yīng)用，還是無人機航空攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，都十分常見，且在應(yīng)用中取得了良好的效果。尤其在無人機航空攝影測量中應(yīng)用RTK 技術(shù)，可以進(jìn)一步提高無人機航空攝影測量工作質(zhì)量和效率。現(xiàn)在，結(jié)合水運工程測繪工作來詳細(xì)介紹無人機航空攝影測量技術(shù)的具體應(yīng)用，具體如下。

在空間數(shù)據(jù)獲取過程中，測繪工作人員應(yīng)加強模型數(shù)據(jù)變化、傾斜模型數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)控制，在此過程中，還要對水運勘察設(shè)計體系進(jìn)行高密度作業(yè)數(shù)據(jù)的模型控制，這樣一來，在空間信息數(shù)據(jù)整體整理過程中，還要覆蓋高程模型、三維地表模型。與此同時，為了整體提高無人機航空攝影測量工作質(zhì)量和效率，需要對三維地表的模型覆蓋情境進(jìn)行必要的水運勘測數(shù)據(jù)處理，這樣一來，即可獲得豐富的水運工程勘察數(shù)據(jù)，并可以將平面設(shè)計問題轉(zhuǎn)移到信息層上，并提供一定的施工模擬操作，為水運勘察選型、規(guī)劃及設(shè)計提供豐富的數(shù)據(jù)信息支持，還可以為水運工程建設(shè)勘察、選址、規(guī)劃、設(shè)計施工、后期維護(hù)等一系列操作提供詳細(xì)的各項資料，如水下地形、巖土性質(zhì)、陸域地形、潮流水文等。

總之，在水運工程中應(yīng)用無人機航空攝影測量技術(shù)，具體流程如下。通過無人機航空攝影測量獲得DEM 與DOM 兩項數(shù)據(jù)，并獲得相應(yīng)的水深數(shù)據(jù)，隨后，通過整合上述三類數(shù)據(jù)，建構(gòu)三維場景。在此基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)水運系統(tǒng)整合水利工程數(shù)據(jù)庫、3D 模型、工程管理數(shù)據(jù)庫和空間矢量數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，即可實現(xiàn)水運業(yè)務(wù)應(yīng)用功能的開發(fā)與應(yīng)用，具體包括查詢分析、水運工程勘測設(shè)計、三維可視化、水運工程管理，從而可以為水運工程建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)的功能服務(wù)，對整體提高水運工程建設(shè)質(zhì)量和效率具有積極的促進(jìn)作用。

3 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代科技發(fā)展應(yīng)用支持下，RTK技術(shù)和無人機航空攝影測量技術(shù)在現(xiàn)代工程測繪中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在實踐中，為保證無人機航空攝影測量數(shù)據(jù)的有效性，應(yīng)基于科學(xué)的無人機作業(yè)流程設(shè)計，并做好影像數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，在此基礎(chǔ)上，輔以專業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)分析，即可為工程規(guī)劃設(shè)計、施工等提供豐富且精準(zhǔn)度高的數(shù)據(jù)。在此過程中，測繪人員還要注重RTK技術(shù)的合理使用，才能全面增強無人機航空攝影測量工作的水平和質(zhì)量，為我國測繪事業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。