無人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)用在林業(yè)測繪工程的嘗試

于國輝 陳洪艷 孫炎 韓笑

1、吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院 2、吉林省白山市臨江市花山國營林場 3、吉林省松原市前郭縣園林管理所

前言

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用成為現(xiàn)階段我國最前沿的一種測繪技術(shù)。與以往的測繪技術(shù)相對比，無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用具有十分顯著的優(yōu)勢。在林業(yè)測繪工程中有效運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)，不但可以最大程度降低測繪的成本，同時(shí)還可以極大提高測繪的準(zhǔn)確度以及工作效率。因此，本文就無人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)用在林業(yè)測繪工程中的嘗試展開分析，以此來確保林業(yè)測繪工作的全面性以及準(zhǔn)確性。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)的簡述、工作的原理以及運(yùn)用的優(yōu)勢

1.1 簡述

無人機(jī)遙感技術(shù)，其實(shí)就是指通過應(yīng)用遙測遙控技術(shù)、無人駕駛飛行器技術(shù)還有遙感傳感器技術(shù)等來分析數(shù)據(jù)的應(yīng)用、處理以及建模等的一種技術(shù)[1]。無人機(jī)遙感技術(shù)具備用途廣泛、體積小、成本費(fèi)用低以及重量輕等特征。對于無人機(jī)遙感技術(shù)來說，這是一種以無人機(jī)飛行器為核心的圖像傳感、搭載遙感等的工作系統(tǒng)，為了可以得到目標(biāo)準(zhǔn)確的有關(guān)信息，需要運(yùn)用GPS系統(tǒng)以及無線電等，以此來實(shí)現(xiàn)3S技術(shù)的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)，這樣對于林業(yè)資源的調(diào)查、測繪等可以更加方便且精準(zhǔn)，進(jìn)而便于有關(guān)工作的開展。

1.2 工作原理

就無人機(jī)遙感技術(shù)而言，就是運(yùn)用無人機(jī)自備的程序控制裝置還有無線電遙感技術(shù)來對無載人飛機(jī)進(jìn)行操作，并且其將無人飛行器作為平臺(tái)，配合各種不同的遙感傳感器來將遠(yuǎn)程空間的遙感信息獲取，接著再經(jīng)過電子信息技術(shù)的處理和加工之后就可以依據(jù)相應(yīng)的精度要求來將其制作成為正射遙感的影像[2]。而對于無人機(jī)而言，在其飛行之前可以先將有關(guān)參數(shù)設(shè)定好，在參數(shù)設(shè)置完成之后，無人機(jī)就可以通過自駕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化飛行，在有需要的時(shí)候，也可以將飛行切換成為手動(dòng)控制。無人機(jī)在飛行過程中可以與地面指揮中心之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，這樣無人機(jī)所拍攝下來的信息還有圖像等就可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛娴闹笓]中心，而地面的指揮中心也可以按照工作的需求以及圖像來對無人機(jī)航行的軌跡進(jìn)行調(diào)整。運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以將數(shù)據(jù)的最大價(jià)值充分發(fā)揮出來。現(xiàn)階段我國比較成熟的無人機(jī)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)是Pixel Crid，該平臺(tái)可以將遙感影像技術(shù)的一體化處理實(shí)現(xiàn)，具體來說實(shí)現(xiàn)無人機(jī)航拍圖像的應(yīng)用、分析、收集、存儲(chǔ)還有顯示等。在對其進(jìn)行運(yùn)用之后就可以得到3D Model、DSM、DEM、DOM等一系列的信息數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，還可以應(yīng)用AreCIS、Envi、ERDAS等平臺(tái)來對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。將無人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)用到林業(yè)測繪當(dāng)中時(shí)，需要滿足國際通用的標(biāo)準(zhǔn)。無人機(jī)在沉降監(jiān)控的過程中，需要按照航行的路線來收集圖像。但是由于在實(shí)際操作時(shí)，立體成像對航拍照片方面有著比較高的要求，因而需要有效控制航拍的路線[3]。而在收集同一個(gè)目標(biāo)的圖像時(shí)，則要求按照一定距離位置進(jìn)行拍攝，并且還應(yīng)按照相對應(yīng)的模型來實(shí)現(xiàn)立體成像，進(jìn)而有效地提高無人機(jī)數(shù)字測繪系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

1.3 運(yùn)用的優(yōu)勢

1.3.1 可以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測

對于無人機(jī)遙感技術(shù)而言，其具備有效的監(jiān)督作用，當(dāng)林業(yè)資源發(fā)生意外事故的時(shí)候，可以按照實(shí)際情況來采取有效的處理措施，以此來縮短處理時(shí)間，進(jìn)而降低林業(yè)企業(yè)的資源損耗。與此同時(shí)，無人機(jī)遙感技術(shù)和信息收集相對于其他方式來說，可以對林業(yè)工作人員工作的狀態(tài)進(jìn)行全面掌握，這樣就可以有效監(jiān)控林業(yè)的工作人員[4]。同時(shí)，在林業(yè)地區(qū)運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)時(shí)，一旦林業(yè)發(fā)生有關(guān)問題，可以及時(shí)地通知林業(yè)地區(qū)的負(fù)責(zé)人，這樣就可以實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)傳輸。在林業(yè)測繪的過程中無人機(jī)遙感技術(shù)可以按照測繪工程計(jì)劃的工作安排來對工作進(jìn)行有效監(jiān)控。并且在實(shí)際運(yùn)用的過程中，若是發(fā)生相關(guān)問題也可以運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)來監(jiān)控現(xiàn)場，這對于工作人員有效地處理有關(guān)問題而言是非常有利的。

1.3.2 有助于林業(yè)測繪水平和效率的全面提高

在以往的林業(yè)測繪工程中，一般都是采取人工測繪的方式。但是對于林業(yè)地區(qū)來說，其環(huán)境比較惡劣，所以很難實(shí)現(xiàn)人工的測繪操作[5]。并且當(dāng)林業(yè)地區(qū)處在極為惡劣的環(huán)境時(shí)，還會(huì)對人工測繪工作造成全面阻礙。就人工測繪方式而言，這不但會(huì)對社會(huì)工作的準(zhǔn)確性造成影響，而且還會(huì)對社會(huì)工作的全面性造成影響。而在林業(yè)測繪工程中全面的運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)可以將有關(guān)的人工操作問題有效地解決，并采取機(jī)械化的測繪方式，這樣才可以使測繪工作更加科學(xué)有效。相對比以往的人工測繪方式來說，無人機(jī)遙感技術(shù)具有較高的準(zhǔn)確度，并且其監(jiān)測的范圍也比較廣，在測繪的過程中無人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)揮著極大的價(jià)值和優(yōu)勢，而且可以有效地調(diào)節(jié)測量的范圍。由此可以發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)遙感技術(shù)在林業(yè)測繪工程中的運(yùn)用可以全面提高林業(yè)測繪的水平以及效率。

1.3.3 具有比較高的檢測率

在林業(yè)測繪工程中運(yùn)用無人機(jī)遙感技可以使得檢測率得到有效的保障。相對比于傳統(tǒng)的測繪方式來說，無人機(jī)遙感技術(shù)具有更高的效率，可以使得整個(gè)測繪過程的高效性以及規(guī)范性得到有效保障。與此同時(shí)，對于林區(qū)當(dāng)中的山溝等位置，運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)來進(jìn)行測繪可以實(shí)現(xiàn)更加方便有效，以此來使得測繪的適應(yīng)性，測繪的結(jié)果得到有效保障。除此以外，對于無人機(jī)遙感技術(shù)而言，其還具備三維仿真模擬技術(shù)，這樣就可以使得測繪畫面的直觀效果進(jìn)一步提高。

1.3.4 可以實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)處理

就無人機(jī)遙感技術(shù)而言，其設(shè)置可分辨率極高的數(shù)據(jù)處理器以及數(shù)碼轉(zhuǎn)換器，這樣就會(huì)使林業(yè)測繪的信息數(shù)據(jù)具備了更高的分辨率。與此同時(shí)，在數(shù)據(jù)處理器的運(yùn)用下，可以將無人機(jī)拍攝到的畫面轉(zhuǎn)變成為人們所需要的數(shù)據(jù)信息，并且還可以將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果傳輸?shù)娇刂贫?。對于無人機(jī)遙感技術(shù)而言，該技術(shù)在林業(yè)測繪工程中的運(yùn)用，不但可以使測繪的分辨率以及信息數(shù)據(jù)處理的效率得到有效提高，同時(shí)還可以使數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到有效保障，進(jìn)而為林業(yè)測繪工程的開展提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

2 林業(yè)測繪的傳統(tǒng)方式

2.1 手工勾圖方式

手工勾圖是林業(yè)早期測繪的一種方式，在運(yùn)用該方式進(jìn)行林業(yè)測繪時(shí)，需要測繪人員進(jìn)入林區(qū)進(jìn)行實(shí)地地形的觀察，然后按照比例尺和特定的要求來勾畫出界限，再通過比例尺將林業(yè)區(qū)大概的面積計(jì)算出來。對于手工勾圖來說，所計(jì)算出來的結(jié)果往往和實(shí)際數(shù)值之間存在較大差異。之所以會(huì)造成這樣的現(xiàn)象，主要有兩個(gè)方面的原因：一方面受到人為操作的影響，測繪人員在實(shí)際操作的時(shí)候，由于個(gè)人的職業(yè)素養(yǎng)不高，工作經(jīng)驗(yàn)不足，所以在測繪的過程中就依據(jù)自己的主觀判斷來進(jìn)行分析，這樣就不能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[6]。另一方面就是在地形圖測繪復(fù)印的過程中，出現(xiàn)了變形的情況，這樣就會(huì)造成其中的尺寸發(fā)生改變。而且在手工勾圖的過程中，若是沒有有效地觀察一些山溝，那么也會(huì)導(dǎo)致測繪圖中存在誤差。

2.2 GPS測繪方式

對于GPS測繪方式而言,其實(shí)就是需要測繪人員帶著GPS繞著林區(qū)的邊界走一圈,但是在行走時(shí)可能會(huì)發(fā)生行走困難的情況。所以，在行走之前就要求有關(guān)測繪人員一定要了解林區(qū)邊界的地形，避免出現(xiàn)行走不到位或者是走出界限的問題。與此同時(shí)，在運(yùn)用該種方式測量林區(qū)的山溝位置時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)GPS失去定位信號(hào)的問題，這樣就會(huì)導(dǎo)致定位出現(xiàn)誤差[7]。除此以外，GPS的信號(hào)很容易受到外界因素的影響，并且林區(qū)中的信號(hào)比較弱，所以就不能充分有效地發(fā)揮GPS的定位功能，進(jìn)而造成測繪存在比較大誤差。

2.3 在線衛(wèi)星地圖軟件測繪方式

對于在線衛(wèi)星地圖軟件而言，這是一種將各種地圖軟件功能融合成為一體的軟件。但是這些地圖軟件的更新都需要供應(yīng)商進(jìn)行修改，而在地圖更新的過程中，會(huì)使得林業(yè)測繪產(chǎn)生一定的誤差，并且在使用時(shí)還可能會(huì)出現(xiàn)不能出圖的問題。

3 林業(yè)測繪工程中無人機(jī)遙感技術(shù)的具體運(yùn)用

3.1 無人機(jī)遙感技術(shù)在航空拍攝中的運(yùn)用

將無人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)用到林業(yè)測繪工程當(dāng)中可以將林業(yè)資源的情況更加高效、快捷地拍攝下來。因?yàn)闊o人機(jī)上搭載著具有高分辨率的光學(xué)相機(jī)、CCD數(shù)碼相機(jī)還有激光掃描儀等設(shè)備。這些設(shè)備的存在會(huì)清晰地拍攝下林業(yè)資源的情況，并且還可以為之后林業(yè)測繪工程的開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[8]。與此同時(shí)，在無人機(jī)的內(nèi)部還設(shè)置了微型的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，這樣就可以對圖像進(jìn)行拍攝和掃描，并且還可以對圖像進(jìn)行初步加工，進(jìn)而為林業(yè)測繪工程的開展提供有效的數(shù)據(jù)以及圖像。

3.2 測繪信息采集過程中的運(yùn)用

在林業(yè)測繪的過程中運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)來采集信息數(shù)據(jù)的時(shí)候，其實(shí)也并不是全自動(dòng)化，還是需要與人工操作進(jìn)行結(jié)合。因?yàn)楝F(xiàn)階段的無人機(jī)遙感技術(shù)受到技術(shù)方面的制約，在利用無人機(jī)遙感技術(shù)采集信息數(shù)據(jù)時(shí)，無人機(jī)并不能對所采集信息的合格與否進(jìn)行區(qū)別。所以，在這個(gè)時(shí)候需要通過人工的方式來篩選采集的信息，將其中不合格的信息剔除掉，將合格的信息數(shù)據(jù)保留下來，以此來使得無人機(jī)采集信息的精確性以及有效性得到最大程度的保證。將無人機(jī)遙感技術(shù)和人工進(jìn)行有效的結(jié)合，還可以使得采集的信息及時(shí)地傳輸?shù)娇刂贫?，這樣對于工作人員掌握采集的信息數(shù)據(jù)來說是非常有利的[9]。在采集完林業(yè)測繪區(qū)的信息數(shù)據(jù)之后，就需要分析所采集的信息，還應(yīng)該確定無人機(jī)飛行的航線是否出現(xiàn)偏差，將無人機(jī)航線的分析和采集工作做好，才可以使得無人機(jī)遙感技術(shù)所拍攝到的影像以及圖像的準(zhǔn)確性得到有效的保障。

3.3 在數(shù)據(jù)處理中的運(yùn)用

對于無人機(jī)遙感技術(shù)而言，其具備非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。相對比于其他的數(shù)據(jù)處理工作來說，林業(yè)測繪工程因?yàn)榇嬖谥菀装l(fā)生污染問題及林業(yè)面積比較大的因素，所以在對其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)就會(huì)比較困難。而將無人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)用其中就可以高效、快捷地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。與此同時(shí)，對于以往林業(yè)資源的環(huán)境管理來說，因?yàn)闆]有進(jìn)行有效的指導(dǎo)，所以造成許多林業(yè)地區(qū)的環(huán)境治理效果沒有達(dá)到理想的目標(biāo)[10]。而無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用可以有效地了解到林業(yè)資源被破壞的情況以及生態(tài)環(huán)境的實(shí)際情況，這樣才可以將林業(yè)環(huán)境治理的信息數(shù)據(jù)及時(shí)地做出來，進(jìn)而為日后環(huán)境治理方案的制定奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.4 無人機(jī)作業(yè)過程

在運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)的過程中，首先要確定好測繪區(qū)的面積、緯度、氣候條件以及林業(yè)資源等。接著啟動(dòng)無人機(jī)，通過飛行控制系統(tǒng)對無人機(jī)的起飛、飛行姿態(tài)、高度以及航向等進(jìn)行控制，并在無人機(jī)上配置相應(yīng)的微單相機(jī)。與此同時(shí)，做好與地面控制中心的聯(lián)系，這樣才可以實(shí)時(shí)傳輸無人機(jī)拍攝的畫面。對于無人機(jī)而言，具備飛行速度快、效率高、安全穩(wěn)定以及飛行靈活等優(yōu)勢，對于山地復(fù)雜環(huán)境的航拍作業(yè)是非常適合的。在航拍的過程中，要確定當(dāng)天的天氣情況，一般運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)來進(jìn)行航拍時(shí)，天氣應(yīng)該要晴朗，并且風(fēng)速比較小[11]。在無人機(jī)飛行之前，應(yīng)對飛行的航線進(jìn)行規(guī)劃，并且還要設(shè)置好飛行的航向，以此來使得之后數(shù)據(jù)處理精度得到有效保障。

3.5 圖像的處理

在進(jìn)行圖像處理時(shí)，使用Agi Soft Photo Scan的無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件來對采集的圖像進(jìn)行處理。而對于該軟件來說，其具有最新的多視圖三維重建技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上讓圖像自動(dòng)生成為分辨率高的數(shù)字模型，還帶有空間參考坐標(biāo)，這樣就可以直接進(jìn)行測量。具體來說，在對圖像進(jìn)行處理時(shí)，首先應(yīng)對無人機(jī)的影像進(jìn)行檢查，將航拍中成像效果差、拐角處重疊度過大的影像都篩除掉，然后將姿態(tài)數(shù)據(jù)還有影像數(shù)據(jù)輸入其中，做好相應(yīng)的處理工作之后，將其中分辨率比較高的正射影像剪裁出來。

4 結(jié)語

綜上所述，對于無人機(jī)遙感技術(shù)來說，這是一種高效的檢測技術(shù)，尤其是對于林業(yè)測繪工程來說，無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用不但可以使測繪的工作效率得到有效提高，還可以使測繪所產(chǎn)生的誤差有效降低，有效解決林區(qū)測繪過程中存在的信號(hào)干擾以及測繪行走困難等問題，進(jìn)而可以高效、快捷、準(zhǔn)確地進(jìn)行林業(yè)測繪工程，并實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感技術(shù)的有效發(fā)展。