無人機遙感測繪在工程測繪領域的應用

摘要：隨著科技的進步，當前在工程測繪領域中應用最為廣泛的一項技術就是無人機遙感測繪，近年來無人機的應用范圍越來越多，無論是航拍還是農(nóng)業(yè)無人機都發(fā)揮了重要的作用，伴隨著科技的進步，現(xiàn)如今無人機已經(jīng)實現(xiàn)了遙感技術應用，尤其在工程測繪領域，使用無人機遙感技術進行測繪更加受到人們的青睞，完全改變了傳統(tǒng)的測繪模式?？梢哉f無人機遙感技術為工程測繪提供了新的發(fā)展空間，將對無人機遙感測繪在工程測繪領域的應用開展深入探討。

關鍵詞：無人機遙感測繪技術；工程測繪；應用

一、前言

無人機遙感測繪技術在一定程度上助推了工程測繪的發(fā)展，通過利用無人機能夠?qū)y繪區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集，同時進行精準的分析處理，與傳統(tǒng)測繪技術相比，不僅能夠有效降低誤差概率，而且減輕了操作人員的工作量，為工程測繪工作提供了強有力的支撐。

二、無人機遙感測繪技術概述

（一）遙感的發(fā)展。20世紀50年代以來，人類對電磁輻射能力的認識從可見光擴展到了紫外、紅外線、微波等等[1]。遙感平臺也從傳統(tǒng)的人、汽車、飛機發(fā)展到了天上的衛(wèi)星、火箭乃至空間站等等。應用領域也由軍事領域擴展到了幾乎所有的社會領域。遙感學科在1962年正式問世，此后在全世界范圍內(nèi)開始了飛速發(fā)展，大體上經(jīng)過了無記錄的地面遙感階段、有記錄的地面遙感階段、常規(guī)航空攝影階段、航空遙感階段、和航天遙感階段。無記錄地面遙感階段在1609年意大利科學家伽利略開辟了遠距離觀測目標的先河開始。1849年由法國人制定出了攝影測量計劃，成為有目的的、有記錄的地面遙感發(fā)展階段的標志。到1920年萊特兄弟發(fā)明了飛機，標志著遙感進入了航空遙感階段，為航空遙感創(chuàng)造了條件，1920年代，許多攝影測量儀相繼出現(xiàn)，1924年產(chǎn)生了彩色的膠片，航空攝影正式問世。在初期，航空攝影主要用于攝影測量和軍事，后來逐漸向民用部門發(fā)展，這個階段是常規(guī)的航空攝影階段，也是從該階段開始航空像片除了用于軍事外，還被廣泛的應用于地理環(huán)境監(jiān)測、工程測繪等領域。然而這時的遙感是離人們非常遠的高精尖，覆蓋范圍較小，獲取資料的速度慢而且數(shù)量十分少。直至1957年蘇聯(lián)的第一顆人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射，從此遙感平臺從飛機時代發(fā)展到了衛(wèi)星、航天飛機、和宇宙飛船的時代[2]。

（二）無人機遙感測繪技術的作用。近年來無人機的應用范圍越來越廣泛，無論是航拍還是農(nóng)業(yè)無人機都發(fā)揮了重要的作用，現(xiàn)如今無人機已經(jīng)實現(xiàn)了遙感技術的應用。無人機遙感測繪與傳統(tǒng)測繪相比，無人機遙感測繪具有低成本、易操作、效率高等眾多優(yōu)勢，一套無人機測繪系統(tǒng)主要以無人機為飛行平臺，以遙感設備為任務載荷、以數(shù)據(jù)處理為技術支撐，三管齊下滿足各種任務需求[3]。

（三）無人機遙感測繪技術發(fā)展現(xiàn)狀。遙感測繪是以人們生活中三維世界為研究對象，利用傳感器進行遙感探測，通過各種內(nèi)業(yè)處理，從而得到研究目標的幾何和物理屬性。遙感測繪所迸發(fā)的無限可能為測繪人提供了各式各樣的觀測手段，目前來看具有廣闊的研究和應用前景。現(xiàn)如今無人機遙感測繪技術能夠應用于農(nóng)林業(yè)監(jiān)測、海洋氣象、氣候變化分析、全球定位導航和未來智慧城市建設等方面[4]。如今的測繪已經(jīng)跨入了以航空航天、衛(wèi)星導航定位、地理信息系統(tǒng)為核心的數(shù)字化測繪技術時代，應用頻率和發(fā)展范圍逐漸擴大。

三、無人機遙感測繪技術的優(yōu)勢

（一）操作簡便。無人機遙感測繪技術通過無人機與攝像頭的結合，能夠精準探測并采集數(shù)據(jù)，而且不需要考慮測繪場地，在任何區(qū)域內(nèi)都可實現(xiàn)探測，完全解決了過去測繪區(qū)域小、測繪場地條件差等問題，大大減輕了測繪人員的工作量，能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)信息轉化成可視化信息，而且不需要測繪人員掌握太專業(yè)的攝影知識就可以快速的獲取影像，提高測繪工作效率的同時，還能有效減少成本投入，為測繪工作提供了極大便利。

（二）成本低廉、系統(tǒng)機動性強。目前無人機市場的價格相比過去要便宜很多，甚至花費幾萬元就能夠選擇一臺自帶飛控系統(tǒng)且質(zhì)量較好的無人機，整套系統(tǒng)的成本低廉；其次目前大多數(shù)無人機的制造都比較精致，用小型汽車就可對其進行運輸至現(xiàn)場，隨時下車組裝，而且組裝比較簡單。

（三）受氣候條件影響小。由于測繪工作幾乎都是在室外進行，無人機遙感測繪即使在陰天或者風速不大于6級的情況下，仍然可以進行航拍探測[5]。而且在啟動時不需要有專門的跑道，只要是普通公路都可進行起降，或采用彈射的方式，對飛行條件的需求較低。

（四）時效性強、滿足大比例尺成圖要求。無人機遙感測繪基本不會受到氣候條件或者場地的影響，準備工作比較簡單，能夠快速獲取遙感影像，并可自動分析處理采集到的數(shù)據(jù)信息，具有較強的時效性。另外無人機遙感測繪可滿足大比例尺成圖精度要求，完全打破了過去測繪的局限性，高效完成人力所難以完成的工作。

（五）操作靈活、數(shù)據(jù)精準。無人機遙感測繪技術主要是以無人駕駛飛機作為空中平臺，以機載遙感設備如高分辨率CCD數(shù)碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀、激光掃描儀、磁測儀等獲取信息，用計算機對圖像信息進行處理，并按照精度要求制作成圖像?？梢栽谔綔y位置隨意出入進行大面積探測，整體操作具有一定的靈活性[6]。

四、無人機遙感測繪在工程測繪領域中的具體應用

（一）無人機遙感測繪的基本流程。1.飛行方案設計：在使用無人機遙感測繪技術前要設計無人機的飛行方案，首先就是無人機的選擇，要根據(jù)工程測繪的實際需求選擇相關參數(shù)符合要求的無人機，然后設置相機參數(shù)，按照一定的測繪原則和標準規(guī)劃無人機的飛行方向以及航高等，并做好飛行前的準備工作以及無人機探測過程中的注意事項[7]。在無人機的選擇上一般要考慮其續(xù)航時間和荷載，選擇易操作且便于維修的無人機種類，其次選擇相機時要確保鏡頭質(zhì)量和芯片的處理速度達標，在起飛前要做好試飛工作。2.控制點布設：對于控制點布設通常要求均勻布設，邊角加密，對于大面積弱紋理區(qū)域要著重做好邊界加密。標志形狀一般分為三角標、圓形標和十字標，顏色可選擇白色或者藍色。其次是控制點的測量，主要分為基礎控制測量和像片控制測量，通常只需做像片控制測量即可，基本采用網(wǎng)絡實時動態(tài)定位的方式。3.三角測量與地形圖繪制：三角測量在工程測繪中起著至關重要的作用，空三角的測量能夠在像控點最少的情況下對地質(zhì)情況進行探測，滿足測繪需求[8]。最后根據(jù)無人機各設備之間的配合來繪制地形圖，以此來保障無人機在探測時能夠在規(guī)定的航線內(nèi)完成作業(yè)，利用遙感技術對獲取的原始數(shù)據(jù)進行預處理，摒棄不達標的數(shù)據(jù)。如圖1，無人機遙感測繪技術操作圖。

（二）無人機遙感測繪在工程測繪領域的應用。1.環(huán)境監(jiān)測：現(xiàn)如今人們最關心的空氣質(zhì)量監(jiān)測就可以利用無人機獲得遙感圖像，再根據(jù)圖像得到監(jiān)測指標的參數(shù)，此外無人機還可以搭載采樣器，將大氣樣本帶回地面實驗室進行數(shù)據(jù)處理與分析，對大氣安全指標進行比對。而且利用無人機遙感測繪技術監(jiān)測水域也不在話下，無人機在空中利用多光譜成像儀可以生成多光譜圖像，具有較高的清晰度，可以直接辨認出污染源、污染口和可見漂浮物，還能生成分布圖。更重要的是在發(fā)生環(huán)境事故時，面對危險的環(huán)境和惡劣條件，使得測繪人員無法深入，此時利用無人機遙感測繪技術完全可進行深入探測，比如海底輸油管道發(fā)生泄漏、核輻射污染、森林火災等情況。2.礦山開采：無人機遙感測繪最顯著的特點就是它能夠飛得很低，分辨率極高，不受在軌衛(wèi)星約束，而是根據(jù)實際測繪需要來飛行探測。尤其是在礦山開采作業(yè)中，通常情況下礦山開采的地勢都比較惡劣，傳統(tǒng)的測繪技術根本無法實現(xiàn)深入探測，不僅會浪費大量的人力物力，而且還會增加測繪成本。通過利用無人機遙感測繪技術，能夠在惡劣的地勢環(huán)境下開展探測，快速獲取周圍環(huán)境資料和測繪目標，與此同時可對獲取的資料進行分析處理，為礦山開采工程測繪提供精確的數(shù)據(jù)信息。3.自然災害處理：自然災害具有較強的破壞性和不可抗力性，比如地震，某個地區(qū)一旦發(fā)生了地震第一件事情就是要趕緊解決交通的問題，最重要的是要了解當時發(fā)生的情況。而面對這樣的問題，傳統(tǒng)的測繪技術根本無法實現(xiàn)實時探測，通過無人機遙感測繪技術在地震救災的過程中可以在空中拍攝高清的測繪圖片，測繪人員根據(jù)拍攝的圖像來設定路線，能夠為抗震救災爭取很多的時間。無人機內(nèi)部安裝的高精度攝像頭可以對測繪的周圍環(huán)境和目標進行圖像采集，對測繪對象進行近距離拍攝，然后對獲取的影像效果進行自動校正，完全規(guī)避了信息不全面、圖像不清晰等問題，為測繪工作提供了強有力的支持。4.國土規(guī)劃：無人機遙感測繪技術憑借其低空優(yōu)勢、分辨率高、適應性強、機動靈活、成本低、安全性高等特點在我國的國土規(guī)劃工程測繪中起著至關重要的作用。當前隨著我國城市化建設的加快，土地資源逐漸減少，在進行國土規(guī)劃時需要對一些地勢較為惡劣的地區(qū)進行勘測，利用無人機遙感測繪技術可完全實現(xiàn)我國國土規(guī)劃目標，其中最典型的應用案例就是國家重點工程西部測圖工程和釣魚島的測繪。通過對地形和人居分布、交通的探測，采集全面的土地資源信息，為測繪人員提供精準的數(shù)據(jù)支持，有利于國土規(guī)劃目標的達成。如圖2，無人機攝影測量流程圖。5.大比例尺測圖：在工程測繪領域中，利用無人機遙感技術能夠完成較大比例尺的的測圖工作，獲取高清的影像數(shù)據(jù)。主要是通過自動校驗功能的組合特寬角低空數(shù)據(jù)相機系統(tǒng)來獲取高清的數(shù)據(jù)，能夠有效減少誤差。另外利用邊緣現(xiàn)場補償相機姿態(tài)角度提升精度的方式，可取代三軸云臺，這樣一來還可以有效減輕成像系統(tǒng)的重量，在工程測繪領域大比例尺測圖中發(fā)揮最佳效果。此外利用GPS導航控制定點，可以有效提高工程測繪的質(zhì)量水平，滿足當前工程測繪需要。

五、結語

隨著科學技術的不斷進步，當前無人機遙感測繪技術憑借其適應性強、成本低、采集數(shù)據(jù)精準、靈活性高等眾多優(yōu)勢受到了工程測繪領域的廣泛青睞。本文首先闡述了無人機遙感測繪技術的發(fā)展、作用以及優(yōu)勢，分析了該項技術在工程測繪領域中的應用，最后對該項技術的應用進行了總結思考。希望在未來該項技術能夠得到進一步優(yōu)化提升，更好的為工程測繪工作提供支持。

參考文獻

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（作者單位：重慶市勘測院）