無人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

蔡奇

（徐州市勘察測(cè)繪研究院有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅速發(fā)展，很多測(cè)繪工程都對(duì)新的測(cè)量方法提出了更高的要求。隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，無人機(jī)遙感技術(shù)在復(fù)雜的地形、高精度的測(cè)量任務(wù)中具有響應(yīng)快、數(shù)據(jù)精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足現(xiàn)代航空技術(shù)發(fā)展的需求，是繼衛(wèi)星遙感、航空遙感技術(shù)之后，新一代航空技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)概念

無人機(jī)遙感是一種利用無人機(jī)進(jìn)行信息采集和處理的技術(shù)，可以最快的速度獲得所需要的數(shù)據(jù)。無人機(jī)的遙感技術(shù)主要有無人駕駛飛機(jī)的平臺(tái)、高精度的數(shù)字傳感裝置、GPS定位、資料分析、處理等。無人機(jī)遙感技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)、GPS、信息通信、數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)相結(jié)合的高效綜合技術(shù)。在測(cè)繪領(lǐng)域，無人機(jī)的應(yīng)用前景是無法估量的，它不但可以為用戶提供可靠的測(cè)繪服務(wù)，而且可以為用戶提供有效的救援服務(wù)。對(duì)無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行深入的研究，將有助于推動(dòng)我國城市規(guī)劃的科學(xué)、合理發(fā)展[1]。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)工作原理

無人機(jī)的主要種類有4種：固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)、無人飛艇。采用電力驅(qū)動(dòng)的固定翼無人機(jī)，便于拆卸，噪聲小，隱蔽性好；無人直升機(jī)具有垂直起降、懸停等多種功能，可方便地利用測(cè)繪工程測(cè)量；多旋翼無人機(jī)擁有多個(gè)推進(jìn)器，能夠在空中懸停，并能維持懸??；無人飛艇是通過控制空氣的浮力來控制飛行的，它的使用范圍更廣。為了確保國土資源管理和土地開發(fā)工作獲得更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)，以及隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，各種基礎(chǔ)設(shè)施的重建，都需要更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)。無人機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，采用數(shù)字傳感器、無人機(jī)遙感平臺(tái)、導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等綜合手段，可在低空范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，既能確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高分辨率，又能降低無人機(jī)的使用成本[2]。

4 無人機(jī)遙感技術(shù)的特點(diǎn)

4.1 優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)遙感圖像的分辨率比目前高精度衛(wèi)星圖像的分辨率高，并且能夠快速、高效地與GIS等遙感應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)建綠色應(yīng)用環(huán)境，為用戶提供全生命周期服務(wù)。該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用可以提高測(cè)繪工作的工作效率和廣度，單臺(tái)無人機(jī)日監(jiān)視的最大容量為200～320 km，可以在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高分辨率的影像資料。通過采集到的影像資料，可以對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行直觀的識(shí)別，并形成相應(yīng)的分布區(qū)，從而為之后的測(cè)繪工作打好基礎(chǔ)。

4.1.1 監(jiān)測(cè)范圍廣

對(duì)測(cè)繪項(xiàng)目來說，選擇技術(shù)要考慮到測(cè)量的范圍，由于測(cè)量的領(lǐng)域的不同，測(cè)量的結(jié)果也會(huì)有很大的差別。由于地圖面積大，要取得精確的測(cè)量資料就比較困難。但無人機(jī)遙感技術(shù)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)大面積監(jiān)控，并可通過遙控來調(diào)節(jié)監(jiān)控區(qū)域，使監(jiān)控對(duì)象的信息更為詳盡。

4.1.2 監(jiān)測(cè)效率高

采用無人機(jī)遙感技術(shù)，可以直接提升監(jiān)測(cè)效率，確保及時(shí)有效地處理各種問題。如果監(jiān)測(cè)的效果不夠好，就會(huì)出現(xiàn)疏漏，造成嚴(yán)重的后果，影響到整個(gè)測(cè)繪工作的正常進(jìn)行。

4.1.3 系統(tǒng)兼容性強(qiáng)

與其他測(cè)繪技術(shù)相比較，無人機(jī)遙感具有較好的系統(tǒng)適應(yīng)性，可以突破地域、時(shí)限等多種應(yīng)用領(lǐng)域局限性。在實(shí)際運(yùn)用中，可以將無人機(jī)遙感技術(shù)和其他技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，使其對(duì)工程的測(cè)量更為全面，對(duì)各類信息的處理效率更高。

4.1.4 信息處理的速度比較快，分辨率相對(duì)較高

隨著科技水平的提高，無人機(jī)遙感技術(shù)也在逐步完善。在采集到需要的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)時(shí)，能夠?qū)⑹占降男畔⒓皶r(shí)、高效地傳遞給有關(guān)的決策機(jī)構(gòu)，保證了技術(shù)人員在數(shù)據(jù)處理工作方面的高效性。隨著自動(dòng)化程度的逐步提高，對(duì)信息處理技術(shù)的要求也越來越高。另外，與常規(guī)衛(wèi)星處理技術(shù)相比，無人機(jī)遙感影像具有更高的分辨率和更高的清晰度，直接提高了對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證了測(cè)量工作的正確性[3]。

4.2 不足

首先，在無人駕駛飛機(jī)的情況下，飛機(jī)的穩(wěn)定性很差。無人機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)就是質(zhì)量輕，容易被大風(fēng)吹得失去平衡，導(dǎo)致畫面的清晰度降低。

其次，傳感器的控制性能差。傳統(tǒng)的無人駕駛飛機(jī)由于技術(shù)條件的制約，控制精度不高，導(dǎo)致監(jiān)控精度下降，不能適應(yīng)大比例尺測(cè)量的需要。

最后，對(duì)通信系統(tǒng)的依賴性太強(qiáng)。無人機(jī)的有效監(jiān)控是依靠技術(shù)人員的操作，利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此，無人機(jī)的控制程序太過依賴于通信，這就給了黑客們一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，一旦遭受黑客攻擊，不但會(huì)影響到無人機(jī)的正常運(yùn)行，還會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患。

5 無人機(jī)遙感技術(shù)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用

在測(cè)繪工作中，尤其是在低空和某些地質(zhì)條件不佳的地區(qū)，常規(guī)的測(cè)量方法不能很好地進(jìn)行常規(guī)的測(cè)量，從而影響了測(cè)量的準(zhǔn)確性。在極端條件下，利用無人機(jī)遙感技術(shù)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的缺陷。由于無人機(jī)遙感技術(shù)具有較高的低空探測(cè)性能，在惡劣的環(huán)境下能很好地完成測(cè)量任務(wù)。為保證無人機(jī)在以上環(huán)境下的檢測(cè)工作的效率和質(zhì)量，必須著重解決：一是在惡劣的環(huán)境進(jìn)行低飛測(cè)量，必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以保證無人機(jī)的安全，并提高其工作效率和質(zhì)量；二是在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，適時(shí)地更新無人機(jī)低空作業(yè)遙感技術(shù)，以增強(qiáng)其靈活性和靈敏度，保證在極端條件下的檢測(cè)質(zhì)量，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性[4]。

5.1 礦山測(cè)量

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)各種礦產(chǎn)資源的需求日益增加，為了確保各種礦產(chǎn)資源的有效利用，減少對(duì)周圍環(huán)境的負(fù)面影響，必須借助無人機(jī)進(jìn)行有效的測(cè)繪和測(cè)量，為工作人員提供有效的數(shù)據(jù)。由于大多數(shù)資源開采區(qū)環(huán)境惡劣，地形復(fù)雜，常規(guī)的測(cè)量方法難以獲得有效的測(cè)量數(shù)據(jù)，而利用無人機(jī)技術(shù)可以深入邊遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行勘探，從而為礦區(qū)的發(fā)展提供全面的地質(zhì)數(shù)據(jù)和圖像信息。同時(shí)，在礦產(chǎn)資源的開發(fā)中，環(huán)境保護(hù)工作同樣重要，環(huán)境部門要利用無人機(jī)的遙感技術(shù)，采集各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、處理，為以后的環(huán)境管理、整治等工作提供參考，并對(duì)采礦企業(yè)進(jìn)行有效的監(jiān)督，并使用無人機(jī)進(jìn)行高空監(jiān)控，杜絕濫采的現(xiàn)象。

5.2 城市規(guī)劃

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，必須采取切實(shí)有效的措施來確保城市規(guī)劃的科學(xué)性。運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)各種測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立直觀、實(shí)時(shí)的地形模型，可以保證城市規(guī)劃的合理性。利用無人機(jī)遙感技術(shù)，可以從多個(gè)角度獲得某一特定地區(qū)的地理位置，并能獲得高精度的地質(zhì)數(shù)據(jù)，從而為從事城市規(guī)劃、施工的人員提供準(zhǔn)確的城市地理信息。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中，應(yīng)考慮到無人機(jī)的傾角、航線等問題，并對(duì)所獲取的圖像進(jìn)行處理，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

5.3 海岸地形

沿海地貌信息在養(yǎng)殖、資源開發(fā)、軍事建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。采用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)沿海地形進(jìn)行測(cè)量，具有較高的精度，能夠采集大量的地形地貌信息。在實(shí)際使用中，要注重對(duì)地面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，采集沿海地區(qū)的潮汐數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)測(cè)地區(qū)的實(shí)際情況，基于實(shí)時(shí)天氣設(shè)計(jì)出一條適合于無人機(jī)的飛行路線，以保證無人機(jī)在復(fù)雜狀況下的飛行安全，保證實(shí)際測(cè)量的精度和質(zhì)量。在設(shè)置測(cè)量控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意：當(dāng)單航線可以覆蓋整個(gè)測(cè)控范圍時(shí)，應(yīng)采取3～4條基線布置測(cè)控點(diǎn)；如果單條航線不能全部覆蓋，則必須制訂一套新的測(cè)量方案，通過對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，最后得到完整的海岸線地形圖。

5.4 突發(fā)事件

針對(duì)突發(fā)事件發(fā)生的地區(qū)，可以及時(shí)地繪制地圖，但由于時(shí)間有限，常規(guī)的測(cè)量方法往往耗時(shí)太久，無法及時(shí)有效地進(jìn)行應(yīng)急處理。如果在地震發(fā)生時(shí)，要及時(shí)獲得地震資料，利用無人機(jī)的技術(shù)，不但可以獲得實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，而且可以獲得特定地區(qū)的具體情況。此外，在突發(fā)事件發(fā)生后的重建工作中，無人機(jī)遙感技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。

5.5 影像資料

將無人機(jī)遙感技術(shù)用于測(cè)繪工程測(cè)量，其基本前提是要提供高品質(zhì)的飛行平臺(tái)。與常規(guī)的圖像采集方法比較，由于無人機(jī)遙感的實(shí)際飛行偏轉(zhuǎn)角比較大，而圖像的成像范圍比較小，因此，要充分利用空中三角技術(shù)來保證其工作的效率和質(zhì)量。此外，在獲得所需要的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，必須將曝光延遲的補(bǔ)償、轉(zhuǎn)向緩沖技術(shù)、合理的飛行姿態(tài)控制相結(jié)合，從而保證圖像采集的準(zhǔn)確性。

5.6 數(shù)據(jù)資料

在進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，需要嚴(yán)格按照有關(guān)的程序來采集有關(guān)的數(shù)據(jù)。

第一，正常情況下，采集數(shù)據(jù)的方法有自動(dòng)化采集和人工采集，為了保證測(cè)量工作的順利進(jìn)行，兩種方式要合理結(jié)合使用，保證數(shù)據(jù)的有效傳遞，提高采集的效率和質(zhì)量。

第二，在收集到所有的數(shù)據(jù)后，還需要再進(jìn)行一次測(cè)試，以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。在采集數(shù)據(jù)的過程中，要依靠科技手段，適時(shí)地更新和改進(jìn)無人機(jī)的成像解析度，以提高采集到的各種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

第三，在使用無人機(jī)進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，既要注重采集到的各種數(shù)據(jù)，又要加強(qiáng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而為提高測(cè)繪工作的效率和質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)遙感技術(shù)作為一種高新技術(shù)，在測(cè)繪工程中發(fā)揮了積極作用。其成本低、易操作、測(cè)量范圍廣、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、圖像清晰、不受地形限制等特點(diǎn)科學(xué)有效地提升了測(cè)量工作的技術(shù)水平，為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。