無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

康 凱

河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì) 河北 邢臺(tái) 054000

通常來(lái)說(shuō)，建筑行業(yè)因?yàn)樽陨碚嫉孛娣e較為廣泛，且因?yàn)榻ㄖ囊?guī)模以及選址較為分散，而施工當(dāng)中的地形圖測(cè)繪，也是能夠?qū)φ麄€(gè)工程起到?jīng)Q定性的作用。想要保證無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠在工作當(dāng)中，取得更加精準(zhǔn)的測(cè)量精度，就需要相關(guān)工作人員能夠提高對(duì)于航空攝影測(cè)量技術(shù)的良好應(yīng)用[1]。隨著當(dāng)前社會(huì)的練好發(fā)展，無(wú)人機(jī)航空測(cè)量技術(shù)能夠應(yīng)用的領(lǐng)域，也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的增加，它自身較高的可控性以及導(dǎo)航性，是人們選擇它的主要因素，且它的使用成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較為低廉，能夠在促進(jìn)企業(yè)高效生產(chǎn)的同時(shí)，最大程度降低生產(chǎn)需要投入的成本。以無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行觀看，其本質(zhì)上是一種將通信、3S技術(shù)、以及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的測(cè)量系統(tǒng)，是航空遙感技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化的成果，具有著寶貴的使用價(jià)值與意義[2]。因此，本著較高的時(shí)效性與較快的響應(yīng)速度，能夠?yàn)橄嚓P(guān)建筑企業(yè)帶來(lái)可觀良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)航拍是一種全新的測(cè)量方法，是現(xiàn)階段能夠?qū)崿F(xiàn)低空飛行，它自身具備著相對(duì)來(lái)說(shuō)非常發(fā)達(dá)且精確的測(cè)量技術(shù)。航空攝影測(cè)量技術(shù)有益于社會(huì)發(fā)展的良好趨勢(shì)與實(shí)現(xiàn)數(shù)字化城市建設(shè)的總體目標(biāo)[3]。以航空攝影測(cè)量技術(shù)的總體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段這一技術(shù)的運(yùn)用范圍十分廣泛，且因?yàn)槠渌俣雀?，測(cè)量的成果也十分精準(zhǔn)的特點(diǎn)，使得這一設(shè)備能夠在身處不一樣的自然環(huán)境當(dāng)中，靈活持續(xù)轉(zhuǎn)換運(yùn)用的方式，對(duì)于多數(shù)建筑工程過(guò)程來(lái)說(shuō)提供了重要的價(jià)值。以當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程日益加速的趨勢(shì)來(lái)看，很多大城市在開(kāi)展區(qū)域劃分和水利工程合理布局等工程時(shí)，一定在周邊的地貌上進(jìn)行深度的剖析，因此對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的要求就越來(lái)越高，數(shù)據(jù)的品質(zhì)應(yīng)當(dāng)隨之不斷提升[4]。無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)自身分辨率高以及數(shù)字化的測(cè)量方式進(jìn)行高度結(jié)合的情況下，測(cè)量系統(tǒng)能夠大大簡(jiǎn)化中后期數(shù)據(jù)的剖析和處理，幫助地形圖的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)有效的提升。多數(shù)工程以及項(xiàng)目信息的內(nèi)容和數(shù)據(jù)的獲取的途徑均來(lái)自于無(wú)人機(jī)航控?cái)z影所提供的，且它的良好運(yùn)營(yíng)也能夠有效的提升工作質(zhì)量，更切合實(shí)際發(fā)展的需要[4]。因?yàn)闊o(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，且成本低，工作人員對(duì)其的操作方式較為簡(jiǎn)易，所以它的出現(xiàn)無(wú)疑是其對(duì)測(cè)繪行業(yè)顛覆傳統(tǒng)的巨大功效。地形測(cè)繪便是其中一個(gè)基礎(chǔ)的項(xiàng)目，在項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施的過(guò)程中，直接關(guān)系到基本建設(shè)的水準(zhǔn)，所以藝必須要保證所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于無(wú)人機(jī)航測(cè)量技術(shù)成本較低，因此對(duì)此項(xiàng)技術(shù)要委派專(zhuān)業(yè)的工作人員進(jìn)行分析和科學(xué)研究，以此實(shí)現(xiàn)無(wú)人家航空攝影測(cè)量技術(shù)能夠在多數(shù)工程建設(shè)過(guò)程中的圖測(cè)繪實(shí)現(xiàn)更加寬寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

現(xiàn)代地形測(cè)繪對(duì)于定位精度要求非常高，想要精度足夠高的定位數(shù)據(jù)，必須將測(cè)量數(shù)據(jù)誤差縮小，將其控制在精度要求范圍內(nèi)。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)量可以解決復(fù)雜地形環(huán)境對(duì)測(cè)量精度造成的影響，實(shí)現(xiàn)縮小數(shù)據(jù)誤差的目標(biāo)。目前我國(guó)測(cè)繪工程通過(guò)無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)對(duì)地形邊緣和地形平面面積等進(jìn)行確定，通過(guò)數(shù)學(xué)模型降低測(cè)量誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量[5]。本章主要研究了無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用。

2.1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

遙感技術(shù)與無(wú)人機(jī)技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)高效率、高精度和高質(zhì)量測(cè)量，為地形測(cè)量工作人員提供了方便快捷的測(cè)量方法。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)主要利用電磁波遠(yuǎn)離對(duì)地形的特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，從而得出所測(cè)區(qū)域的地形。無(wú)人機(jī)攝影系統(tǒng)中搭載了電磁波接收裝置，在測(cè)量過(guò)程中電磁波發(fā)送裝置向目標(biāo)區(qū)域發(fā)送電磁波，電磁波達(dá)到地面后受到地面物體遮擋后發(fā)生反射，安裝在無(wú)人機(jī)上的電磁波接收裝置在受到電磁波后根據(jù)電磁波頻次和波長(zhǎng)的變化情況判斷測(cè)量區(qū)域地形特點(diǎn)。遙感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是定位精度高，相比于傳統(tǒng)的遙感測(cè)量技術(shù)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用流程更加簡(jiǎn)單，而且能夠?qū)?fù)雜地形進(jìn)行測(cè)量，無(wú)論是測(cè)量的效率還是測(cè)量的質(zhì)量都非常理想。

2.2 數(shù)字成像技術(shù)

數(shù)字成像技術(shù)主要是利用了數(shù)字和圖像之間的聯(lián)系性，測(cè)量過(guò)程中將真實(shí)的地形信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字，數(shù)字在數(shù)字處理系統(tǒng)中再次被轉(zhuǎn)換為圖像，從而幫助人員了解更多難以直接觀察或測(cè)量的內(nèi)容[6]。無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)主要利用了數(shù)字化圖形處理技術(shù)，安裝在無(wú)人機(jī)上的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可以捕捉到測(cè)量區(qū)域的高清圖片，并通過(guò)數(shù)字傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇刂浦行?，測(cè)量人員利用裝載在控制中心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重新組合，從而獲得目標(biāo)區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，這些信息包括高度、面積、周長(zhǎng)以及各點(diǎn)之間的直線距離等。數(shù)字成像技術(shù)的應(yīng)用提升了拍攝圖像的清晰度，而且由于無(wú)人機(jī)距離地面的高度能夠得到動(dòng)態(tài)調(diào)控，所以想要獲得更高精度的圖像可以適當(dāng)降低無(wú)人機(jī)與地面的高度即可?？梢允軘?shù)字成像技術(shù)在無(wú)人機(jī)航空攝影中的應(yīng)用解決了遮擋物對(duì)目標(biāo)區(qū)域的影響，保障了測(cè)量精度。

2.3 GPS定位技術(shù)

在地形測(cè)量過(guò)程中地理信息定位非常關(guān)鍵，安裝在無(wú)人機(jī)上的攝像機(jī)在拍攝照片時(shí)需要將照片所在區(qū)域的坐標(biāo)標(biāo)出，便于測(cè)量人員進(jìn)一步處理測(cè)量數(shù)據(jù)。目前GPS定位技術(shù)是地形定位中主要應(yīng)用的技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)衛(wèi)星和地面基站組合的方法進(jìn)行定位，由于衛(wèi)星信號(hào)在傳輸過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)大氣層，大氣層對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致定位精度降低，此時(shí)配合地面基站對(duì)信號(hào)信息進(jìn)行糾正，能夠降低大氣層對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀Ｕ隙ㄎ痪?。按照在無(wú)人機(jī)上的GPS信號(hào)接收器能夠捕捉到衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)信息，拍攝圖片的時(shí)將坐標(biāo)信息與圖像內(nèi)容組合，從而確定其所拍攝區(qū)域的具體信息。GPS技術(shù)在無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)中的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)測(cè)量過(guò)程中定位精度低的問(wèn)題，保障了測(cè)量的精度的質(zhì)量。

2.4 5G通訊技術(shù)

目前我國(guó)在無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量中應(yīng)用了5G技術(shù)，有效提升了測(cè)量的效率和測(cè)量精度。5G技術(shù)是在4G技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)通訊算法進(jìn)行了優(yōu)化，數(shù)據(jù)傳輸率得到了提升。前幾代通訊技術(shù)的缺點(diǎn)是在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較低，進(jìn)行地形測(cè)量時(shí)將會(huì)產(chǎn)生大量的圖像數(shù)據(jù)，如果其中部分圖像發(fā)生丟失，將會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，而應(yīng)用5G技術(shù)可以降低數(shù)據(jù)傳輸丟失或損壞的風(fēng)險(xiǎn)，從而提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。5G技術(shù)應(yīng)用了特殊的加密方式，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中受到外界因素的干擾較小，每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是4G技術(shù)的幾十倍，由于數(shù)據(jù)傳輸速度提高，所以地形測(cè)繪的效率也在提升。隨著5G技術(shù)商用進(jìn)程的推進(jìn)，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用效果也會(huì)不斷提升，未來(lái)階段其將會(huì)成為地形測(cè)量工作中應(yīng)用較高普遍的技術(shù)。

2.5 誤差糾正技術(shù)

在地形測(cè)繪過(guò)程中數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差在所難免，而通過(guò)相關(guān)方法對(duì)存在誤差的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正非常關(guān)鍵。無(wú)人在收集數(shù)據(jù)過(guò)程中攝像機(jī)鏡頭中光線發(fā)生折射和反射，因此帶來(lái)一定的誤差。在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠根據(jù)光線在傳播過(guò)程中路徑變化特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)糾正數(shù)據(jù)的目的。誤差糾正技術(shù)主要利用了數(shù)學(xué)模型，模型中將常見(jiàn)的數(shù)據(jù)誤差包含在內(nèi)，系統(tǒng)可以根據(jù)誤差的特點(diǎn)選擇特定的誤差處理方法進(jìn)行處理，從而保障誤差精度。此外，搭載在無(wú)人機(jī)上的定位系統(tǒng)也起到了誤差糾錯(cuò)的作用，如無(wú)人機(jī)飛到一定高度后進(jìn)行拍攝，如果空氣中存在的水汽，光線將會(huì)出現(xiàn)折射、散射和反射，系統(tǒng)在接收光線信息后能夠根據(jù)光信號(hào)變化特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，從而保障測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。

3 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于地形測(cè)量中能夠保障測(cè)量結(jié)果的效果，從而為人們提供更多精確的地形數(shù)據(jù)信息。無(wú)人機(jī)具有靈活方便的特點(diǎn)，能夠在空中自由的移動(dòng)，從不同的方向或角度拍攝地形圖像，從而解決了復(fù)雜地形對(duì)測(cè)量工作的影響，而且搭載在無(wú)人機(jī)上的其他先進(jìn)技術(shù)也能保障攝影的質(zhì)量。本章主要分析了無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

3.1 操作簡(jiǎn)單快捷

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，在測(cè)量前只需要輸入控制指令，無(wú)人機(jī)就能按照測(cè)量指令進(jìn)行工作，這種測(cè)量方法簡(jiǎn)單快捷，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的地形進(jìn)行測(cè)量。與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，這種方法無(wú)需投入大量的人力資源，而且無(wú)需在測(cè)量前到指定位置安裝測(cè)量裝置，測(cè)量時(shí)只需要啟動(dòng)無(wú)人機(jī)，指揮無(wú)人機(jī)飛到測(cè)量區(qū)域拍攝圖像即可。一名工作人員即可操作多臺(tái)無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)人能夠在一天內(nèi)完成多人一周的測(cè)量任務(wù)。由于操作簡(jiǎn)單便捷所以在測(cè)量行業(yè)中無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，其應(yīng)用的范圍也不斷地?cái)U(kuò)大，在未來(lái)階段其將會(huì)成為行業(yè)主要應(yīng)用的技術(shù)之一。

3.2 作業(yè)成本較低

傳統(tǒng)地形測(cè)量方法成本投入加高，特別是人工成本和時(shí)間成本。由于傳統(tǒng)測(cè)量方法需要測(cè)量人員在測(cè)量區(qū)域安裝測(cè)量?jī)x器，然后通過(guò)協(xié)作的方法進(jìn)行測(cè)量，這種方法受到地形限制較大，測(cè)量結(jié)果的精度相對(duì)較低，所以想要活動(dòng)進(jìn)度更高的數(shù)據(jù)需要投入大量的人力資源進(jìn)行測(cè)量。而無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用則解決了這一問(wèn)題，無(wú)人機(jī)的作業(yè)場(chǎng)所主要為空中，空中幾乎不存在影響測(cè)量的因素，雖然惡劣天氣對(duì)無(wú)人機(jī)飛行產(chǎn)生一定的影響，但是可以選擇良好的天氣環(huán)境進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中無(wú)人機(jī)可以快速地調(diào)整測(cè)量方向，對(duì)同一個(gè)區(qū)域拍攝多組照片，通過(guò)分析這些不同角度拍攝的照片對(duì)地形特點(diǎn)進(jìn)行確定。一般情況下一名工作人員可以操作幾架甚至幾十架無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝，不僅節(jié)省了人力成本，而且保障了拍攝的效率。

3.3 拍攝精度較高

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展已變得較為成熟，使用該技術(shù)進(jìn)行測(cè)量能夠獲得較高精度的結(jié)果。由于無(wú)人機(jī)上搭載了多種先進(jìn)的定位和拍攝技術(shù)，因此其獲得的數(shù)據(jù)誤差較小。對(duì)于現(xiàn)代測(cè)量行業(yè)而言，測(cè)繪精度是其競(jìng)爭(zhēng)能力的重要表現(xiàn)，高精度測(cè)量結(jié)果意味著測(cè)量單位的技術(shù)水準(zhǔn)高，所以越來(lái)越多的測(cè)量企業(yè)采用無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行作用。此外，無(wú)人機(jī)測(cè)量受到地形因素的影響較小，尤其是地形遮擋物的影響，在空中進(jìn)行作業(yè)能夠獲得開(kāi)闊的視野，開(kāi)闊的視野使其能夠更加快捷和高效地開(kāi)展測(cè)繪工作，并在較短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)繪任務(wù)。隨著測(cè)繪技術(shù)不斷升級(jí)，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)繪進(jìn)度也會(huì)不斷提升，這對(duì)于測(cè)繪行業(yè)而言將會(huì)是一場(chǎng)技術(shù)性革命。

4 無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展展望

無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)相對(duì)較為成熟，但是隨著技術(shù)進(jìn)步越來(lái)越多新的技術(shù)將會(huì)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)中，這對(duì)于測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展而言有著重要意義。未來(lái)階段無(wú)人家航空攝影測(cè)量的智能程度將會(huì)越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以自主地控制無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)量，一名技術(shù)人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制成百上千架無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)量，企業(yè)在地形測(cè)繪中投入的成本將大大降低。未來(lái)階段無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)將會(huì)朝著更好智能化和更好測(cè)繪精度方面發(fā)展，其將會(huì)更好地服務(wù)于測(cè)繪行業(yè)。

4.1 智能程度更高

賦予無(wú)人機(jī)人的智慧是行業(yè)研究人員一直在努力的方向，無(wú)人機(jī)具備了人的智慧意味著其能夠更加快速和準(zhǔn)確地處理各類(lèi)工作。在智能化發(fā)展方面，計(jì)算機(jī)算法的更新非常關(guān)鍵，特別是測(cè)量流程處理方面的算法，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)既要根據(jù)測(cè)量流程進(jìn)行測(cè)量，也要能夠在測(cè)量過(guò)程中遇到意外情況時(shí)能夠自主地改變測(cè)量方法，這樣能夠提升測(cè)量工作的質(zhì)量。高智能程度能夠使無(wú)人機(jī)在更加復(fù)雜的工作環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，地形測(cè)量工作完全可以交給無(wú)人機(jī)。此外，未來(lái)階段無(wú)人機(jī)能夠自主選擇最佳的測(cè)量高度、角度對(duì)目前區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，無(wú)需測(cè)量人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次處理。

4.2 測(cè)量精度更高

測(cè)量精度非常關(guān)鍵，對(duì)于很多行業(yè)而言測(cè)量精度的提升能夠節(jié)省大量的投入成本。在地形測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量精度提升便于人們更加熟悉和了解地形，測(cè)量精度提升主要反映在兩個(gè)方面，一是地形面積和邊緣區(qū)域數(shù)據(jù)誤差更小，二是地形所在位置的坐標(biāo)更加具體。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)能夠在高空進(jìn)行作業(yè)，隨著攝影精度的提升，無(wú)人機(jī)能夠在跟高的空中進(jìn)行作業(yè)，這種作業(yè)方式的優(yōu)勢(shì)是能夠獲得更大的拍攝視角，拍攝的地形圖更加完整，而想要獲得更加精確的地理數(shù)據(jù)，可以降低拍攝高度。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)繪技術(shù)在地形測(cè)繪中有著重要應(yīng)用，隨著技術(shù)不斷發(fā)展更新，其將會(huì)更好地提升測(cè)繪的效率和質(zhì)量。無(wú)人機(jī)在智能化發(fā)展方面會(huì)與人工智能技術(shù)結(jié)合，二者的結(jié)合可以賦予無(wú)人機(jī)更高的智慧，其在處理測(cè)繪數(shù)據(jù)方面將會(huì)有著更好的效率。測(cè)量精度的提升對(duì)于地形測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性提升有著關(guān)鍵意義，目前很多研究學(xué)者正在致力于提升測(cè)量精度技術(shù)的研究，其在未來(lái)階段必將改變整個(gè)測(cè)量行業(yè)的發(fā)展情況。