無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪在工程測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用思考

賴(lài)山東 鄭麗瑋

江西省自然資源測(cè)繪與監(jiān)測(cè)院 江西 南昌 330009

工程測(cè)繪通常會(huì)應(yīng)用在大型工程中，對(duì)測(cè)繪人員的專(zhuān)業(yè)水平和知識(shí)儲(chǔ)備有著較高的要求。由于整個(gè)工程測(cè)繪環(huán)節(jié)較多，因此在實(shí)際測(cè)繪中往往會(huì)出現(xiàn)各種困難和挑戰(zhàn)。而無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)高效解決這些問(wèn)題，因此受到專(zhuān)業(yè)測(cè)繪人員的高度青睞。

1 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)的概念解析

無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)主要依靠各種先進(jìn)的武器以及駕駛飛行器技術(shù)，遙感傳感器技術(shù)等，并將這些技術(shù)進(jìn)行綜合使用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、一體化、專(zhuān)業(yè)化的測(cè)量。該技術(shù)通常會(huì)利用在國(guó)土資源測(cè)量、自然環(huán)境測(cè)量以及地震災(zāi)區(qū)測(cè)量中，專(zhuān)業(yè)人員對(duì)無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合，再借助信息技術(shù)設(shè)備加以計(jì)算，最終形成科學(xué)準(zhǔn)確的調(diào)查結(jié)果，并為工程后期的進(jìn)行提供數(shù)據(jù)參考、現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在國(guó)際上有著高的地位，也已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)工程測(cè)繪工作順利開(kāi)展的基礎(chǔ)[1]。

2 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪在工程測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 監(jiān)測(cè)工作更加高效

無(wú)人機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)是能夠在最短的時(shí)間內(nèi)上升到較高的空間中，這樣一來(lái)，就能夠有效擴(kuò)展監(jiān)測(cè)作業(yè)范圍。通常情況下，在工程測(cè)繪進(jìn)行中，一臺(tái)無(wú)人機(jī)每天會(huì)進(jìn)行300平方公里左右的監(jiān)測(cè)作業(yè)，監(jiān)測(cè)效率高且能夠呈現(xiàn)完整且清晰度較高的圖像，為工程人員的方案設(shè)定提供著巨大的幫助。例如，在2018年廣州市黃埔區(qū)出現(xiàn)特大暴雨，某小區(qū)周?chē)h(huán)境復(fù)雜，山體高度在150米左右，樓高在120米左右，人員是無(wú)法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查的，因此采用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)就能快速對(duì)小區(qū)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行錄像，專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行分析之后，科學(xué)制定救援方案，最大程度將損失降低到最小。

2.2 監(jiān)測(cè)精度有效提升

無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)不僅適用于高空航拍，同時(shí)也適用于低空航拍，在低空航拍過(guò)程中，勘查人員會(huì)根據(jù)工程的不同區(qū)域，調(diào)整無(wú)人機(jī)的低空飛行范圍，雖然低空范圍較小，但監(jiān)測(cè)出的數(shù)據(jù)仍有較高的參考價(jià)值。若工程范圍較大，同時(shí)安排多架無(wú)人機(jī)也能夠充分借助遙感技術(shù)，多光譜等對(duì)大范圍工程面積進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3 處理信息速度較快

無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)首先具備分析數(shù)據(jù)速度較快的優(yōu)勢(shì)，由于該技術(shù)可以獲取較高分辨率的圖片，因此在獲取信息以及分析信息時(shí)，可以直接提高信息的準(zhǔn)確度。另外，無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)能夠與其他系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，且匹配度較高[2]。在具體工程測(cè)量中往往會(huì)使用多種技術(shù)結(jié)合的形式，這樣能夠避免出現(xiàn)測(cè)量誤差，將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與其他系統(tǒng)互相結(jié)合，能夠使所有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加互補(bǔ)，最大程度提高整個(gè)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4 技術(shù)操作更加靈活

相對(duì)于其他傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)來(lái)講，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)操作更加靈活。傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感技術(shù)以及航空攝影技術(shù)不僅需要較高投資成本，同時(shí)也容易受到天氣的影響。而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)不管是在操作，飛行，測(cè)量等環(huán)節(jié)，都能實(shí)現(xiàn)智能化，自動(dòng)化，除此之外，無(wú)人機(jī)還具備自我檢測(cè)功能，若出現(xiàn)故障會(huì)及時(shí)停止并返回，這樣也能有效減少時(shí)間浪費(fèi)。即使在天氣比較惡劣或周?chē)貏?shì)環(huán)境相對(duì)較差的區(qū)域，無(wú)人機(jī)也能夠調(diào)整工作狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效采集和回收。

3 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪在工程測(cè)繪領(lǐng)域的具體應(yīng)用

3.1 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量環(huán)境中的具體應(yīng)用

在傳統(tǒng)的航空攝影技術(shù)中，由于受到惡劣環(huán)境的影響，該技術(shù)就難以在測(cè)繪中發(fā)揮較大的作用。而無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)主要通過(guò)無(wú)人機(jī)設(shè)備，該設(shè)備有著體型較小，攜帶方便以及起降點(diǎn)靈活的優(yōu)勢(shì)，不僅可以在低空飛行，還能在高空進(jìn)行飛行。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還能夠在飛行的同時(shí)快速且準(zhǔn)確地獲得高清晰度的航空影像，如此一來(lái)，可以直接提高測(cè)繪應(yīng)急保障服務(wù)的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)，在工作中獲取的影像不僅可以清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)還會(huì)有各類(lèi)數(shù)據(jù)的標(biāo)注，極大地減少了工作人員的工作內(nèi)容，為工程的后續(xù)開(kāi)展提供著科學(xué)，全面的保障。無(wú)人機(jī)獲取的各類(lèi)數(shù)據(jù)還會(huì)與地面的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行連接，從而達(dá)到信息共享，方便測(cè)繪人員及時(shí)調(diào)取和查閱之前的測(cè)繪數(shù)據(jù)，并進(jìn)行全面分析。

3.2 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在大比例尺測(cè)圖中的具體應(yīng)用

在很多工程測(cè)量中都需要獲得大比例尺的圖片，而能夠勝任這一工作的主要技術(shù)就是無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)[3]。通過(guò)低空飛行對(duì)工程所涉及到的范圍進(jìn)行全面測(cè)量，并獲取超清晰的影像數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息傳遞給工作人員，最后所有人員再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整合，借助專(zhuān)業(yè)設(shè)備構(gòu)建完整的大比例尺測(cè)圖內(nèi)容。無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)能夠快速獲取數(shù)據(jù)，主要?dú)w功于自動(dòng)校驗(yàn)功能的組合特寬角低空數(shù)據(jù)相機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)，所有數(shù)據(jù)的測(cè)量能夠最大程度減少誤差，避免后期出現(xiàn)各種問(wèn)題，同時(shí)也能有效規(guī)避由于人為操作而產(chǎn)生的失誤。無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)同時(shí)也具備邊緣現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)償相機(jī)姿態(tài)角度的技術(shù)，這樣更能夠提升數(shù)據(jù)測(cè)量的精確度。

3.3 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在突發(fā)性自然災(zāi)害中的具體應(yīng)用

我國(guó)疆域遼闊，在負(fù)責(zé)的地理環(huán)境中偶爾會(huì)出現(xiàn)各種自然災(zāi)害。通常情況下，自然災(zāi)害具有破壞力強(qiáng)，不可抗性以及不可預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)，往往會(huì)在惡劣的地理環(huán)境中出現(xiàn)。例如，山洪、地震，泥石流等，自然災(zāi)害出現(xiàn)之后，從救援人員出發(fā)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，到最后的救援工作開(kāi)展，期間的時(shí)間最為寶貴。借助無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，能夠快速獲取自然災(zāi)害發(fā)生地區(qū)的環(huán)境和條件，便于救災(zāi)人員及時(shí)制定救援策略。在傳統(tǒng)的救援工作中，載人遙感衛(wèi)星技術(shù)不僅不能及時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度也有待提升，這樣的測(cè)量技術(shù)會(huì)阻礙救援工作的順利開(kāi)展。而替換成無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)之后，整個(gè)救災(zāi)工作的效率能夠有效提升。

3.4 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在影像資料獲取中的具體應(yīng)用

通常情況下，專(zhuān)業(yè)人員會(huì)在無(wú)人機(jī)的內(nèi)部安裝攝像頭，該攝像頭主要是對(duì)需要測(cè)繪的工程目標(biāo)內(nèi)部及周?chē)h(huán)境進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的測(cè)量和信息的傳遞，并形成重要的影像資料。相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的準(zhǔn)確性會(huì)更高，這是由于無(wú)人機(jī)安裝的攝像頭可以動(dòng)態(tài)調(diào)整與測(cè)繪對(duì)象之間的距離，從而找到最清晰，分辨率最高的影響，也能避免影像不全面或缺損的問(wèn)題，因此能夠?yàn)榈孛婀ぷ魅藛T傳遞最佳的圖片信息，從而提高整個(gè)工程的準(zhǔn)確性。無(wú)人機(jī)安裝的攝像頭在采取影像數(shù)據(jù)時(shí)，還能對(duì)各類(lèi)影像進(jìn)行初步校正、回傳，對(duì)比、分析等處理，滿(mǎn)足設(shè)備內(nèi)部的參數(shù)要求之后，影像資料才會(huì)被進(jìn)一步傳遞，這樣也能夠幫助工作人員節(jié)約時(shí)間，從而提高工程測(cè)繪的效率。

3.5 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在國(guó)土規(guī)劃測(cè)量中的的具體應(yīng)用

現(xiàn)階段隨著城市建設(shè)速度的不斷加快，我國(guó)人均國(guó)土資源呈下降趨勢(shì)，如何高效的利用國(guó)土資源已經(jīng)成為現(xiàn)階段國(guó)土規(guī)劃中的重要內(nèi)容。在城市建設(shè)中，尤其是對(duì)城市群周邊的環(huán)境進(jìn)行測(cè)量時(shí)，往往有著測(cè)量?jī)?nèi)容復(fù)雜的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足環(huán)境的具體測(cè)量要求，此時(shí)使用無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪，再加上GPS定位技術(shù)，可以對(duì)各個(gè)城市群周邊的地區(qū)加以測(cè)量[4]。與此同時(shí)，城市內(nèi)部的交通規(guī)劃，建筑分布，居民人群分布等也可以借助該技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。城市規(guī)劃管理人員可以通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)城市進(jìn)行有效管理。例如建筑工程管理，道路交通管理等，全面推動(dòng)城市建設(shè)的科學(xué)發(fā)展。

3.6 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪技術(shù)在礦山測(cè)量中的具體應(yīng)用

國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展離不開(kāi)各種礦產(chǎn)資源的支持，尤其是煤炭資源，現(xiàn)階段已經(jīng)成為社會(huì)行業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)支柱。在開(kāi)采各類(lèi)資源時(shí)，由于礦山所處地理位置特殊，往往有著地勢(shì)險(xiǎn)峻，環(huán)境惡劣的特點(diǎn)。若采用傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)，無(wú)法全面準(zhǔn)確的測(cè)出礦山的整體狀態(tài)，這樣就會(huì)導(dǎo)致在后期的開(kāi)采計(jì)劃設(shè)計(jì)以及開(kāi)采工程進(jìn)行時(shí)出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，不僅使工期受到影響，嚴(yán)重的也會(huì)帶來(lái)人員的傷害。而采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)之后，可以在測(cè)量環(huán)節(jié)對(duì)礦山周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行全面準(zhǔn)確的測(cè)量，依據(jù)精確度較高的各類(lèi)數(shù)據(jù)和影像資料，勘察人員和方案制定人員會(huì)不斷優(yōu)化和完善開(kāi)采方案，促進(jìn)開(kāi)采效率的持續(xù)提升。

4 無(wú)人機(jī)遙感測(cè)繪在工程測(cè)繪領(lǐng)域的案例分析

4.1 測(cè)繪區(qū)域地貌簡(jiǎn)要分析

某工程屬于無(wú)人機(jī)燃?xì)飧删€(xiàn)測(cè)繪工程，該項(xiàng)目起自A調(diào)壓站，外圍墻在3m左右，在B調(diào)壓計(jì)量站結(jié)束，整個(gè)管道的管徑為D508毫米，擬設(shè)計(jì)壓力為1.5MPa，整體線(xiàn)路長(zhǎng)度約在35公里左右，擬設(shè)定兩座調(diào)壓計(jì)量站在整個(gè)干線(xiàn)內(nèi)會(huì)分布6座支管閥井以及3 座階段閥井。此次測(cè)量主要有以下兩方面任務(wù)，第一首級(jí)平面要完成93個(gè)圖根GPS控制點(diǎn)的測(cè)量。第二，在測(cè)繪區(qū)范圍內(nèi)制作1：500比例尺的地形圖，整體長(zhǎng)度在35公里。

4.2 測(cè)繪儀器設(shè)備的準(zhǔn)備

勘察人員通過(guò)對(duì)地形簡(jiǎn)單勘查之后，確定如下測(cè)繪儀器，分別是GNSS全球定位系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)、水準(zhǔn)儀、對(duì)講機(jī)以及條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺。這些儀器從運(yùn)輸?shù)绞褂弥?，都?huì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格保管，并核查使用參數(shù)是否滿(mǎn)足工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，確保所有參數(shù)合格之后再進(jìn)入下一階段的測(cè)量工作。

4.3 控制測(cè)量階段的開(kāi)展

在測(cè)量初期，工程負(fù)責(zé)人提供燃?xì)飧删€(xiàn)一期工程初步規(guī)劃圖，專(zhuān)業(yè)人員再充分考慮工程周?chē)h(huán)境以及成本投入和項(xiàng)目落地性，制定了控制測(cè)量法。采用本省CORS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量方法進(jìn)行全面測(cè)量，進(jìn)一步精細(xì)化分之后，將整個(gè)燃?xì)飧删€(xiàn)分成一期工程和二期工程，在一期工程19公里長(zhǎng)度中，擬設(shè)定93個(gè)控制點(diǎn)，所以控制點(diǎn)的設(shè)定要滿(mǎn)足以下五個(gè)要求[5]。第一，控制點(diǎn)要達(dá)到影像清晰，這樣便于測(cè)量的快速進(jìn)行。第二，控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)設(shè)在航向3片重疊范圍內(nèi)，若出現(xiàn)多航線(xiàn)可以設(shè)置成6片或5片重疊范圍，這樣可以保證相鄰兩片之間的影像更加清晰。第三，若控制點(diǎn)在地勢(shì)較高的位置，應(yīng)當(dāng)選擇高層起伏較小的地方，這樣更便于測(cè)量。第四，控制點(diǎn)點(diǎn)位距象片的邊緣要在150像素之上。第五，控制點(diǎn)的分部應(yīng)當(dāng)在四角及航線(xiàn)交叉處。若有野外區(qū)域，應(yīng)當(dāng)按1：500比例尺進(jìn)行跨越測(cè)量。在區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)，應(yīng)當(dāng)按照1：1500比例尺進(jìn)行測(cè)量。

4.4 像控點(diǎn)布設(shè)的具體方案

專(zhuān)業(yè)勘察人員根據(jù)本測(cè)量工程的具體情況以及93個(gè)相控點(diǎn)的具體要求，采用三腳架方式進(jìn)行GPS天線(xiàn)的架設(shè)工作，并且開(kāi)始在測(cè)量過(guò)程中使用專(zhuān)業(yè)儀器，該儀器符合下列具體規(guī)定：首先，在相控點(diǎn)布設(shè)之前，對(duì)所有儀器進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)計(jì)。其次，在具體觀測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)所有數(shù)據(jù)邊觀測(cè)邊記錄。再次，對(duì)每一個(gè)相控點(diǎn)的測(cè)量次數(shù)不少于十次，并選擇平均值作為最終結(jié)果。最后，經(jīng)緯度應(yīng)當(dāng)明確標(biāo)出。在所有相控點(diǎn)的測(cè)量過(guò)程中應(yīng)當(dāng)保證平面坐標(biāo)在2cm左右，垂直坐標(biāo)在3cm左右，這樣的測(cè)量結(jié)果才具備參考性。最后的結(jié)果將由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行核算，分析之后，若滿(mǎn)足工程要求，才能投入后期的使用中。

4.5 無(wú)人機(jī)飛行航線(xiàn)的具體規(guī)劃

第一，無(wú)人機(jī)航片重疊度的設(shè)置。專(zhuān)業(yè)人員在使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航拍之前，要科學(xué)根據(jù)工程周邊環(huán)境的具體情況設(shè)置航線(xiàn)規(guī)劃，既要保障所有的區(qū)域能夠監(jiān)測(cè)，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)重復(fù)，這樣才能提高航拍質(zhì)量和效率。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，專(zhuān)業(yè)人員將航向重疊度控制在60%到80%之間，旁向重疊度控制在15%到60%之間。由于該工程總體所處的地勢(shì)環(huán)境較平坦，因此對(duì)無(wú)人機(jī)來(lái)講，可以按一個(gè)航攝分區(qū)進(jìn)行拍攝，最終確定航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%。

第二，飛行高度的規(guī)劃。無(wú)人機(jī)在進(jìn)行航拍時(shí)，飛行高度與航線(xiàn)規(guī)劃也應(yīng)當(dāng)同樣重視。科學(xué)的飛行高度能夠?qū)^(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行全面分析且獲取的影像也有較高的參考價(jià)值。根據(jù)無(wú)人機(jī)航向，旁向的重疊度可得知，飛行高度應(yīng)當(dāng)取決于航線(xiàn)高度的鏡頭主距，其鏡頭主距為28mm，影像地面分辨率為0.05m，最終經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員計(jì)算，得出相應(yīng)的飛行高度為215m[6]。

4.6 數(shù)字線(xiàn)畫(huà)地形圖數(shù)據(jù)的采集和處理環(huán)節(jié)

在該環(huán)節(jié)，專(zhuān)業(yè)人員會(huì)采用MapMatrix的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站形式，對(duì)所有數(shù)字測(cè)圖加以確定，本著業(yè)內(nèi)定位，外業(yè)定性的工作原則，將航空數(shù)字影像制作做成立體模型。但這一環(huán)節(jié)需要無(wú)人機(jī)航拍過(guò)程中獲取全要素?cái)?shù)據(jù)，最終形成圖形文件，才能制作立體模型。該區(qū)域比例尺圖形為1:500，因此，可采用外業(yè)像控、內(nèi)業(yè)測(cè)圖、修補(bǔ)測(cè)、內(nèi)業(yè)編輯的方法進(jìn)行。航拍人員會(huì)將GPS和全站儀收集到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，再結(jié)合CSS 7.0系統(tǒng)制作最終的繪圖草圖，然后再根據(jù)比例尺的相應(yīng)要求，對(duì)所有圖片進(jìn)行檢查，最終繪制成DWG格式的圖片。

5 總結(jié)

綜上所述，現(xiàn)階段工程測(cè)繪技術(shù)中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)屬于常用技術(shù)。在具體使用過(guò)程中，作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)科學(xué)根據(jù)工程所處地理環(huán)境以及工程測(cè)繪要求，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行各種設(shè)備以及參數(shù)的科學(xué)設(shè)定，并動(dòng)態(tài)調(diào)整各類(lèi)參數(shù)，使其滿(mǎn)足測(cè)繪要求。只有有效發(fā)揮無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的測(cè)繪優(yōu)勢(shì)，在具體工作中才能獲取最準(zhǔn)確的影像資料，以此保障工程測(cè)繪的順利進(jìn)行。