航空無人機測量在地形測繪中的應用

辛明明

近年來，我國無人機遙感技術在社會各個領域運用廣泛，無人機作為一項新機械設備，使用效果非常好，可以廣泛的運用到社會各個領域當中，在工程測繪當中可以展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。無人機遙感技術是在無人機技術基礎上，將無人駕駛飛行器技術、遙感技術、通信技術、GPS定位技術等各項技術緊密結合，并將其應用到地理信息測繪測量層次的技術手段，該技術具備智能化、自動化、專業(yè)化等諸多特點。當前無人機遙感技術已經廣泛運用到了土地資源測繪領域，并且在世界各個國家成為了研究重點，更是我國未來遙感技術發(fā)展的重點方向之一。借助無人機遙感技術手段，可以實現(xiàn)實時、動態(tài)化修改更新地理信息，為區(qū)域農業(yè)建設、環(huán)境治理、土地開發(fā)、國土資源利用等工作奠定基礎。基于此，本文探究航空無人機測量在地形測繪中的應用。

1 地形測繪技術的自動化

1.1 GPS全球定位系統(tǒng)的應用

GPS是GlobalPositioningSystem的簡稱，與傳統(tǒng)方法不同的是，只要選擇合適的點位、觀測方法及觀測時間，使用合適的GPS接收機和解算軟件就可進行測量工作。GPS技術的抗干擾性好，能最大程度地減少因地形、氣候、天氣等外界因素對測繪結果的影響；同時，GPS技術具有保密性，在相對定位時運用-6GPS靜態(tài)觀測技術可以使結果達到10以上，絕對定位達到毫米級，誤差極??；隨著測繪技術的不斷革新，GPS-RTK測量所用的時間大大減少，部分站點測量用時不超一分鐘，測量結果就能出來，極大地提高了工作效率；依托網絡技術的發(fā)展，GPS測量的自動化監(jiān)測水平越來越高，測量的操作方法也更加簡單，測繪員不需要到現(xiàn)場就能進行遠程測繪就可實時傳輸，不僅降低了危險地區(qū)的測量難度，提高了測繪工作效率，而且降低了測量過程的危險性，提高了測繪人員的安全系數(shù)。gpsrtk（realtimekinematic）技術，是始于20世紀90年代初的一種全天候、全方位的新型測量系統(tǒng)，又稱“載波相位動態(tài)實時差分技術”，是基于載波相位觀測值基礎上的實時動態(tài)定位技術，也是目前能適時、準確地確定待測點位置的最佳方式。gpsrtk具有定位精度高且精度分布均勻、速度快、效率高、觀測時間短、方便靈活、測程不受限制、不受通視條件影響等優(yōu)點，可以直接獲取圖根級別控制成果，也可以直接測繪地形碎部點，使測繪過程變得簡單高效。目前，GPS在測繪工作中仍然存在一些問題。比如，可能會出現(xiàn)機械設備不準確、測量過程中信號干擾等問題。因為GPS技術在測量中根據(jù)不同衛(wèi)星系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)進行轉換，所以應將GPS點安裝在平坦空曠、視野良好、信號良好的位置，避開高電磁干擾、多路徑效應的地方，測繪人員在工作中也要選擇合適的位置進行觀測，以獲得準確的測量結果。

1.2 無人機遙感技術

無人機遙感技術的外在形式多種多樣，最主要和最常用的有4種類型：固定翼無人機、無人直升機、多旋無人機、無人飛艇。固定翼無人機，其機翼不可改變，但小巧易于拆卸，使用時噪聲較小、隱蔽性強，動能為電能；無人直升機如同直升飛機一般升降，其有多個螺旋槳，能在空中穩(wěn)定懸停，在合理的高度下能更直觀地對工程進行勘測，不僅有助于工程施工，還能得到更精確的數(shù)據(jù)；無人機飛艇則是利用空氣中上升的飄浮力，實現(xiàn)如在地面上一般控制飛行狀態(tài)，其所運用的項目范圍也極其廣泛。無人機遙感技術在應用過程中能充分利用各種數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)低空采集，保證數(shù)據(jù)的實時有效傳輸和傳輸?shù)母叻直媛?。獲取特殊目標信息通常存在較大的難度，如工程項目、軍事設施及文物信息的獲取等。在開展大比例尺地形圖測繪過程中，對于目標區(qū)域文物建筑信息的測量，通過傳統(tǒng)遙感技術很難獲取目標區(qū)域的信息數(shù)據(jù)，而通過無人機遙感技術的應用，便可針對這些特殊目標開展詳細測量工作，從而獲得全面的測量數(shù)據(jù)，不僅測量精度高、效率快，而且使大比例尺圖幅成圖效率得到大幅提升，有效控制成本投入。

1.3 GPSRTK技術在地籍地形測量工作中的應用優(yōu)勢

①大幅度降低人力物力資源消耗。在地形地籍測量時，人工實測的作業(yè)量相對較大，需要大量使用人力資源和設備儀器，GPSRTK技術可以使地籍地形測量的難度大幅度降低，防止儀器來回搬運以及大量人工作業(yè)造成的經濟損失和物料損耗，減少測量過程中人力、物力的消耗。傳統(tǒng)測繪過程中需要組織一個團隊應用各種傳統(tǒng)儀器對地形地貌進行精準測量，會耗費大量的時間。而GPSRTK技術產生后，只需要一個人布設好相應的流動站和基準站，就可以完成測繪，而且數(shù)據(jù)能夠直接上傳到后臺，減少了人工觀測、人工計算和繪圖的時間，大幅度提升了地籍測繪的效率。②數(shù)據(jù)準確度高。在GPSRTK技術應用于地籍地形測量過程中，數(shù)據(jù)精準也是其一個重要優(yōu)點。我國幅員遼闊，各地區(qū)的地形地理環(huán)境各不相同，因為地形的限制很多時候無法靜態(tài)作業(yè)，需要智能化地通過動態(tài)作業(yè)對圖形進行捕捉，完成測量。在此過程中會出現(xiàn)各種干擾因素，導致結果誤差較大。通過RTK技術可以有效地將該問題解決，只需要在對應位置獲得衛(wèi)星追蹤信息，就可以對地形地貌的幾何信息進行準確捕捉，并且通過載波相位觀測值完成實時動態(tài)定位，獲取精準的定位結果，可以保證地基地形測量結果的精度達到厘米級。

1.4 無人機航測技術

無人機航測技術的快速發(fā)展，特別是免像控技術的發(fā)展，通過硬、軟件結合的方式，為海岸帶地形測量、近海海洋測繪提供了一種新的外業(yè)數(shù)據(jù)采集作業(yè)模式和解決方案，降低了外業(yè)工作的勞動強度，大大提高了作業(yè)效率和外業(yè)作業(yè)安全，實際測量實踐表明，無人機航測系統(tǒng)可以滿足業(yè)務化生產作業(yè)的要求，具有較好的實用性，與常規(guī)測量相比較，有以下優(yōu)點：①測量精度高：通過試驗驗證，無人機免像控航測系統(tǒng)理論和實際精度都能夠滿足規(guī)范要求，無人機低空航攝平臺不受浪涌的影響，作業(yè)過程中姿態(tài)傳感器能夠保持良好的穩(wěn)定性，而且可以搭載高精度數(shù)碼成像設備，使分辨率達到厘米級。②測區(qū)適應能力強：免像控無人機航測系統(tǒng)具有響應速度快、操作簡單，可以在較短時間內獲取航拍數(shù)據(jù)，并且采用免像控系統(tǒng)，對于海島、基巖海岸、養(yǎng)殖區(qū)范圍等難以施測得區(qū)域進行測量，可以不受地形限制，極大提高了海域地形的測量效率。③操作簡單可靠：無人機飛行操作自動化、智能化程度高，無人機能夠按既定航線自主飛行、拍攝，人工干預少，故障能夠自動診斷警示，便于培訓和掌握。

1.5 GIS在地形測繪中的應用

①精細數(shù)據(jù)測量。需要對比較精密細致的數(shù)據(jù)進行測量處理的時候，就可以采用地理信息系統(tǒng)。以點構線、以線構面，通過確定物質上各個點的位置來以線構成面，再構成空間，從而將此物質的數(shù)據(jù)信息收集起來。但是，如此一來，數(shù)據(jù)量就會顯著增大，所以此系統(tǒng)就需要增加數(shù)據(jù)檢測功能，一旦發(fā)現(xiàn)異常或者錯誤數(shù)據(jù)就需要再一次進行檢查。另外，這個系統(tǒng)要盡可能多的減少需要定位的點，此方法可以降低誤差，使測量的準確性得到有效保證。②數(shù)據(jù)處理。測繪，顧名思義就是對現(xiàn)有物質的檢測和表達輸出。數(shù)據(jù)處理有兩種方式，一種是人工處理，另一種是設備處理，但是由于數(shù)據(jù)量十分巨大，所以大部分會選擇利用設備進行處理。當數(shù)據(jù)收集好后，首先需要對收集好的數(shù)據(jù)進行破譯處理，然后轉換成可以被利用和識別的信息之后再進行轉換。流程主要分為：數(shù)據(jù)采集；將采集好的數(shù)據(jù)進行儲存；將采集好的數(shù)據(jù)處理好之后再傳輸出去。數(shù)據(jù)處理這一環(huán)節(jié)是最重要的環(huán)節(jié)，如果這一步出現(xiàn)了問題，那么采集來的數(shù)據(jù)將會作廢，之后傳輸出的內容也是錯的，所以為了保證結果準確，并且可以進行利用，一定要將數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)重視起來。工作人員也要不定期檢查系統(tǒng)是否存在錯誤，也可以通過采用地理信息系統(tǒng)來確定采集來的各個數(shù)據(jù)之間相連，然后再對這些數(shù)據(jù)進行處理和儲存。不同的數(shù)據(jù)之間肯定是有差異的，對差異比較大的數(shù)據(jù)就要構建模型，將它們轉化成其他類型的數(shù)據(jù)供識別。

2 無人機航空攝影測量技術內容

隨著人們對科學技術的深入研究，無人機航測技術得到了進一步發(fā)展，且該項技術的優(yōu)勢也在發(fā)展過程中逐漸放大。無人機是航測系統(tǒng)的主要飛行平臺，非量測數(shù)碼相機是其不可缺少的搭載設備之一，通過獨有的飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)航跡規(guī)劃的目標，依靠獲取精準度極高的地面影像數(shù)據(jù)繪制大比例尺地形圖。航線規(guī)劃軟件和質量評控軟件是無人機航測平臺的主要控制軟件。前者可以依據(jù)測量區(qū)域范圍、航向的重疊度、旁向重疊度等相關技術指標，自動規(guī)劃出航線方案，以此達成無人機的自動飛行目標及實時控制目的。后者在測量現(xiàn)場即可直接把控航拍質量，通過現(xiàn)場補飛的方式完善有瑕疵的航片，避免影響后續(xù)工作，全面保障航測現(xiàn)場質量能通過相關驗收標準。室內影像數(shù)據(jù)處理是完成航空影像量測及解譯的主要手段。地形、氣候不會對航空攝影的相關影像產生影響，故此可以更直觀、更客觀地將物體及目標的真實狀態(tài)反映出來。技術人員可以從影像資料中獲取更多的實用數(shù)據(jù)和相關信息，為后續(xù)成果輸出提供便利。

3 航空攝影測量發(fā)展現(xiàn)狀

航空攝影測量是指通過各類飛行器與航攝儀器對地面進行連續(xù)拍攝，在二者聯(lián)合應用中，控制其對地面目標控制點進行測量、調會、立體測繪等，結合實際拍攝的圖片，最終實現(xiàn)對目標控制點的地形圖的繪制。隨著經濟的不斷發(fā)展，科學技術也在不斷進步，而航天航空的發(fā)展也不僅僅局限于飛機的研制、使用和對外太空的探索，更多的是對飛行器具的研究，使飛行器具為國家的發(fā)展做貢獻，航空攝影測量技術的發(fā)展正是科技研究人員對這一目標努力的結果。航空攝影測量技術如今逐漸向無線自動化和信息化不斷變，利用無人飛行器配合信息技術，能對地面目標實施精準測量，例如，其中的地理信息系統(tǒng)重點對地面進行定點測量，而數(shù)字遙感系統(tǒng)更是具有強大的數(shù)據(jù)儲蓄功能，對測量數(shù)據(jù)進行儲存等。此項技術的發(fā)展和應用，在地質勘察以及海洋監(jiān)測等諸多方面發(fā)揮著巨大作用，對中國社會的發(fā)展作出巨大貢獻。

4 無人機航空攝影測量技術在地形測量中的實踐及應用要點

4.1 測量繪圖和外業(yè)補測技術的應用

當利用無人機航空攝影測量技術獲得工程區(qū)域相關數(shù)據(jù)信息時，可以借助與其有關的技術軟件深度分析所得地形數(shù)據(jù)，依據(jù)我國地形測繪的相關要求，創(chuàng)建CAD數(shù)字化模型，以實際地形之間的差距為基礎對信息內容進行轉變利用，為后續(xù)圖像數(shù)據(jù)的分析工作提供便利。將無人機航空攝影測量技術融入工程測繪中具有極高的應用價值，但其也存在一些不足之處。綜合分析可以看出，該項技術可以有效提高測量工作的效率和質量，但是當遇到地形較為復雜的工程地區(qū)時，無法全面、準確地對地形信息進行收集，這時就需要進行外業(yè)補測。外業(yè)補測技術是用來填補首次地形測量數(shù)據(jù)不足之處的關鍵手段。在開展外業(yè)補測工作時，相關技術人員應對無人機測繪得到的主要信息內容進行核對檢查，判斷小范圍內航空攝影測量所得的測量數(shù)據(jù)是否存在錯誤，這是不可缺少的一項工作。在這之后，相關技術人員還應對測量工程區(qū)域的地理位置和具體地形狀況再次進行核對，通過核對測量工作的難度系數(shù)，找到其隱蔽系數(shù)高的地點實行人工外業(yè)補測工作。

4.2 空中三角測量技術

空中三角測量技術也是開展無人機航空拍攝過程中十分常見的技術之一，該技術的實施主要是通過相關的航空數(shù)碼攝像器材完成整體地形圖的測量工作。在實際工作過程中往往會面臨一些問題，在這樣的情況下，為進一步確保測量工作的穩(wěn)定，應加強對空中三角測量技術的應用?？罩腥菧y量技術的主要功能就是將地形圖測量工作保證在一定科學化水平，從而進一步實現(xiàn)測量工作流程的優(yōu)化。除此之外，在完成相應的測繪步驟之后還需要對其中的細節(jié)部分加強研究，有效確保測量數(shù)據(jù)與測繪地點可以一一對應，最大限度地保證測量工作參數(shù)數(shù)據(jù)與地形圖測繪比例的完善，不斷滿足測繪工作發(fā)展的整體需求。由此進一步看出，要想充分發(fā)揮空中三角測量技術的重要作用，就要加強對細節(jié)的把控，進而全面推動測繪工作。

4.3 無人機補測技術

無人機補測技術也是無人機地形測繪過程中十分重要的技術之一，即通過補測的方式滿足測繪工作的相關需求。在開展地形圖測繪的時候首先要對測量區(qū)域加以規(guī)劃，同時完成內部參數(shù)的調整，對于人力難以涉及的區(qū)域，可以采用無人機測繪的方法，從而有效確保數(shù)據(jù)信息的準確性與時效性。在此過程中，一旦出現(xiàn)了誤差就需要進行重新測繪，但難免會造成工作重復與資源浪費；而無人機補測技術的應用可以有效解決這一問題，不僅可以保證整體測繪工作質量，還可以有效節(jié)省人力與測量周期。無人機補測技術的應用也存在著一定弊端，就是會對測繪工作的視覺效果造成影響。面對這樣的問題，通過人工輔助測量的方法加強對無人機測量的管控，有效確保數(shù)據(jù)精度。值得注意的是，在開展測繪工作的時候應保證對預定參數(shù)進行設置，從而確保測繪工作的科學性與合理性。

4.4 科學檢查檢修設備性能

想要確保無人機遙感技術在地形工程地形測繪中的高質量應用，就應該確保無人機測繪設備運行高效性與精準。工程單位必須要定期對無人機測繪設備進行檢修試運行，對各項性能進行檢查。嚴格按照無人機測繪設備運行標準開展性能檢查，在應用之前進行性能調試，制定出完善的設備檢修、檢查方案，杜絕出現(xiàn)影像重疊、模糊、清晰度不高、色彩問題等內容。此外，還需要對通訊設備、電源系統(tǒng)、地面電臺等配套設施進行檢查，以便于無人機測繪工作獲取影像數(shù)據(jù)之后可以第一時間精準傳輸，確保無人機測繪影像數(shù)據(jù)的應用質量。在進行地形工程地形測繪的過程中，難免會因為外界因素、人為因素等影響，導致突發(fā)狀況。為了避免突發(fā)情況對地形工程地形測繪質量帶來的影響，在開展地形工程地形測繪之前，對天氣、周圍地形情況進行嚴格管控，確保地形工程地形測繪工作安全實施，制定出完善應急預案。

5 航空拍攝技術在地形工程測量應用時的注意事項

5.1 按照設計圖紙來進行選點工作

①在埋石過程中需要選擇交通便利的地點開展工作，以此便于航空拍攝設備放置以及操作作業(yè)的完成；②若是運用無人機進行拍攝操作，為減少作業(yè)執(zhí)行過程中出現(xiàn)拍攝視線被遮擋的情況，需要在拍攝過程中選擇視野開闊、空中沒有障礙物的地區(qū)，并選擇水域較小的區(qū)域；③在選點過程中，需要認真仔細、謹慎入微，嚴格開展選點工作。

5.2 航高和攝影比例的確定

在拍攝過程中圖片的傾斜角要小于等于3°，若是存在誤差，需立即停止拍攝，并對攝影測量方式進行抽查，使得成圖質量得以有效提升和保障。為擴大圖片拍攝過程中包含的區(qū)域，使其能覆蓋整個繪制區(qū)域應當對重疊度進行限制，在其小于最小限定值時，應根據(jù)實際需要增加航班，提升飛行測量效果。在拍攝完成后，在對航線圖像彎曲度進行處理的過程中需要對其進行控制，使其不得超過3%。

6 結語

綜上所述，當前我國無人機航空攝影測量技術被廣泛應用于各種類工程測繪項目中。對于地形測繪工程，由于工程量大、工期長等特點，傳統(tǒng)測量項目時效性不高，已不能滿足工程測繪要求?；诖?，將無人機航空攝影測量技術應用在該項目中能夠有效改善傳統(tǒng)測量工作中存在的不足。在此過程中，工作人員要從無人機設備的選擇入手，注意航線設計、數(shù)據(jù)處理等工作，嚴格把控各個測量環(huán)節(jié)，以便提高測量精度，保障地形測繪無人機航空攝影測量工作取得良好效果，為地形測繪工程后續(xù)施工奠定基礎。