無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐分析

趙衛(wèi)星 韓亞飛 吳 然 張國(guó)慶

（1．上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310000；2．自然資源部第四地形測(cè)量隊(duì)，黑龍江 哈爾濱150052；3．南京國(guó)圖信息產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇 南京 210000）

航測(cè)技術(shù)在大比例尺地形圖生產(chǎn)等方面發(fā)揮了巨大的作用，在技術(shù)創(chuàng)新方面需要進(jìn)行深入的研究。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。無(wú)人機(jī)飛行質(zhì)量的不斷提高，為航測(cè)開(kāi)展技術(shù)領(lǐng)域的探索提供了良好的技術(shù)支持。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)

近年來(lái)，采用航空遙感方式進(jìn)行無(wú)人機(jī)的航測(cè)技術(shù)的實(shí)施，得到了十分理想的航測(cè)效果。研究熱點(diǎn)圍繞無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用展開(kāi)，從無(wú)人機(jī)攝影系統(tǒng)組成到無(wú)人機(jī)航測(cè)實(shí)際應(yīng)用等方面，包括對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的研究工作進(jìn)行了理論探索，取得很多研究成果。運(yùn)用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)，是將無(wú)人機(jī)作為平臺(tái)進(jìn)行航攝系統(tǒng)的運(yùn)行，使用小型影像傳感器以及衛(wèi)星導(dǎo)航等進(jìn)行協(xié)議操控。無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用在無(wú)人及行測(cè)過(guò)程中，對(duì)地面影像進(jìn)行獲取。這種航測(cè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行具有很多優(yōu)勢(shì)，它不會(huì)受到外部環(huán)境的影響，分辨率更高、作業(yè)周期短且成本較低，獲取的數(shù)據(jù)更加精確。因此，在工程農(nóng)業(yè)軍事等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在空間數(shù)據(jù)的獲取和處理上具有更大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，通過(guò)不斷提升遙感數(shù)據(jù)分辨率等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)有化生產(chǎn)條件，使得航測(cè)的成本也大大降低。

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)組成

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)包括了飛行平臺(tái)控制系統(tǒng)、傳感器地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及地面運(yùn)輸和保障系統(tǒng)等多個(gè)組成部分?；谖覈?guó)當(dāng)前的技術(shù)水平，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)采用了單反相機(jī)飛行系統(tǒng)自動(dòng)駕駛儀、姿態(tài)控制儀等，無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)已經(jīng)擁有了無(wú)人機(jī)導(dǎo)航控制等一系列先進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)對(duì)相機(jī)方向的矯正等先進(jìn)技術(shù)以及面監(jiān)控系統(tǒng)、通訊監(jiān)控技術(shù)。

無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的軟件部分，對(duì)數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行快速的處理，完善相應(yīng)軟件之后，應(yīng)用在航空拍攝的任務(wù)中，對(duì)設(shè)計(jì)成果能夠進(jìn)行繪圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。在攝影區(qū)進(jìn)行自動(dòng)和半自動(dòng)的曝光點(diǎn)間距的自動(dòng)調(diào)整，確定了航線后，航測(cè)的快速檢測(cè)軟件中的主要內(nèi)容包含了例如質(zhì)量檢查、重疊度、指標(biāo)檢查等。能夠?qū)τ谟跋襁M(jìn)行自動(dòng)批量檢查，實(shí)現(xiàn)了飛行數(shù)據(jù)的系統(tǒng)配置和系統(tǒng)工作全面自動(dòng)化，可以對(duì)飛行質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估和檢查。

3 無(wú)人機(jī)航測(cè)實(shí)際應(yīng)用

（1）在大比例尺地形圖繪制上，無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)能夠發(fā)揮其獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)航空數(shù)碼獲取等工作。通過(guò)無(wú)人機(jī)平臺(tái)對(duì)被測(cè)區(qū)開(kāi)展航空拍攝，進(jìn)行信息采集，獲取相關(guān)的影像資料。

根據(jù)所拍攝的地形特點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)的功能，對(duì)航線進(jìn)行不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，保障拍攝的影像具有較高的質(zhì)量和分辨率。在相片的控制測(cè)量上，采取區(qū)域中增加平高點(diǎn)的方式，利用GPS靜態(tài)技術(shù)和RTK技術(shù)，進(jìn)行平面坐標(biāo)的測(cè)定，采用GPS曲線將徒工水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。在業(yè)內(nèi)的測(cè)圖上進(jìn)行相應(yīng)的地形的數(shù)據(jù)收集，做好標(biāo)記。對(duì)地面進(jìn)行航測(cè)，技術(shù)要求需要直接用圖示符號(hào)方式進(jìn)行標(biāo)注。采用數(shù)字化技術(shù)，按照CASS軟件提出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)需要的數(shù)字地形圖進(jìn)行編輯，獲取清晰度高、質(zhì)量好的最佳圖像。在航空攝像上，通過(guò)無(wú)人機(jī)平臺(tái)上的數(shù)碼相機(jī)搭載的方式，獲取更多的高質(zhì)量航攝相片。

（2）由于我國(guó)自然災(zāi)害頻發(fā)，在重大自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，災(zāi)害帶來(lái)的破壞和人員損失無(wú)法估量。而且由于災(zāi)害地區(qū)信息設(shè)備受到破壞，容易導(dǎo)致信息封閉，人員和車輛不能及時(shí)到達(dá)，使得災(zāi)害發(fā)生后續(xù)性的破壞。

如何獲得災(zāi)害信息，通過(guò)衛(wèi)星來(lái)解決，也可以通過(guò)載人飛機(jī)來(lái)解決。但是衛(wèi)星對(duì)地測(cè)量費(fèi)用高，圖像分辨率差，載人飛機(jī)出航氣候要求高，而且人員要面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)也大。采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行災(zāi)區(qū)情況的評(píng)估和監(jiān)測(cè)，無(wú)論是使用成本還是人力資源都具有優(yōu)勢(shì)。而且無(wú)人機(jī)能夠不受成本和氣候條件制約。在復(fù)雜地形、復(fù)雜天氣下飛行，如高污染、高輻射、高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，執(zhí)行無(wú)人機(jī)的航測(cè)飛行，可以得到清晰度高的航測(cè)。

應(yīng)急救災(zāi)上，無(wú)人機(jī)航測(cè)也能發(fā)揮很好的作用。例如一些自然災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候，由于受到災(zāi)害的阻礙，往往在攝影上會(huì)受到阻撓，采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，對(duì)災(zāi)區(qū)的影像進(jìn)行高清拍攝，第一時(shí)間為指揮中心提供影像資料，遇到惡劣天氣，還可以利用無(wú)人機(jī)航測(cè)獲得更高分辨率的影像，為應(yīng)急救災(zāi)指揮中心提供幫助。

（3）例如在我國(guó)某省發(fā)生了自然災(zāi)害，由于省內(nèi)雨量較大，洪澇災(zāi)害較嚴(yán)重，而該省地形復(fù)雜多變，實(shí)地考察洪澇災(zāi)情是十分困難的。利用了無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空飛行，準(zhǔn)確地考察到了災(zāi)情，而且沒(méi)有造成任何人員傷亡。在實(shí)際的應(yīng)用中，受大陸氣候影響，該地氣候雨水較多，采用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范進(jìn)行了獲取。采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航測(cè)，獲得了真彩色影像，行攝面積為50 km2。航攝儀采用了佳能5D mark2，焦距為35 mm，相幅大小為5 616×37 44，像元分辨率為6.41 μm，遙感影像預(yù)處理，再進(jìn)行空中測(cè)量的時(shí)候，矯正的相片其變差采用無(wú)人機(jī)航拍的方式，由GPS進(jìn)行領(lǐng)航計(jì)算，獲得的照片色彩均勻，有良好飽和度，能夠真實(shí)反映地形情況。作為像控點(diǎn)進(jìn)行了0.2 m的精度設(shè)置，允許最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置的最大誤差。通過(guò)點(diǎn)聯(lián)測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢核，共測(cè)的十個(gè)已知點(diǎn)四個(gè)新設(shè)點(diǎn)，采用控制點(diǎn)加密的方式實(shí)現(xiàn)后續(xù)測(cè)量，通過(guò)計(jì)算，最弱邊相對(duì)誤差為1/45 537 m，最弱點(diǎn)點(diǎn)位差為0.035 m。

采用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位和RTK的方法進(jìn)行測(cè)量，充分利用測(cè)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)行重復(fù)平均值的測(cè)量，在空中進(jìn)行了空中三角測(cè)量，加密方式為自動(dòng)手動(dòng)結(jié)合，根據(jù)人工進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和匹配。對(duì)調(diào)控點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，數(shù)據(jù)采集上采用了單模型定向的方式，測(cè)出定點(diǎn)量，占比總數(shù)為4%。在測(cè)圖定向超限點(diǎn)的周圍進(jìn)行野外測(cè)量，修正了相關(guān)的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，無(wú)人機(jī)智能航測(cè)設(shè)備的使用也得到了蓬勃發(fā)展，給人們的生活以及工作帶來(lái)了很大改變。繼衛(wèi)星遙感、大飛機(jī)遙感之后，新型航空遙測(cè)技術(shù)發(fā)展起來(lái)，例如無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)，具有機(jī)動(dòng)靈活，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)的特點(diǎn)，而且精度更高，成本更低。通過(guò)實(shí)踐和理論研究的不斷深入，今后對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)加大應(yīng)用范圍，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的推廣，使得人們對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)更加提高了認(rèn)識(shí)，促進(jìn)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大發(fā)展。