無人機(jī)航測技術(shù)在建筑工程地形測繪中的應(yīng)用研究

摘要：為了提升無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用效果，本文對其在建筑工程地形測繪中應(yīng)用展開進(jìn)一步研究。首先，通過對無人機(jī)作業(yè)流程和航測像控點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，梳理無人機(jī)的作業(yè)流程。其次，對像控點(diǎn)進(jìn)行布置，確保無人機(jī)航測的精度。再次，對作業(yè)過程中采集到的畸變影像進(jìn)行處理，對灰度影像進(jìn)行濾波增強(qiáng)處理，實(shí)現(xiàn)地形測繪。最后，通過實(shí)驗(yàn)證明所提方法先進(jìn)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用所提方法的測繪誤差均保持在0.001以內(nèi)，更接近實(shí)際數(shù)據(jù)，具有應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；航測技術(shù)；影像畸變校正；灰度影像濾波

0" "引言

地形測繪即通過地貌測量，獲取場地內(nèi)部的空間、地貌等信息。在當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中，地形測繪作為建設(shè)項(xiàng)目中的第一道工序[1]，在建筑工程項(xiàng)目的施工中起到了至關(guān)重要的作用[2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的測繪技術(shù)逐漸產(chǎn)生。無人機(jī)航測技術(shù)因具有測繪速度快、效率高、應(yīng)用靈活等優(yōu)勢[3]，在地形測繪技術(shù)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，并被看做是最具前景的測繪技術(shù)。

無人機(jī)航空測量是以衛(wèi)星為載體運(yùn)行的，在運(yùn)行中會(huì)受到諸多因素干擾，由此導(dǎo)致測量精度下降，無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求，嚴(yán)重制約了測繪工作進(jìn)度[4]。為了提升無人機(jī)航測技術(shù)應(yīng)用效果，本文對其在建筑工程地形測繪中應(yīng)用展開進(jìn)一步研究。

1" "基于無人機(jī)航測技術(shù)地形測繪方法

1.1" "設(shè)計(jì)無人機(jī)航測流程

無人機(jī)航測作業(yè)流程主要包含建筑工程地形測繪設(shè)計(jì)和無人機(jī)影像處理兩個(gè)環(huán)節(jié)。建筑工程地形測繪設(shè)計(jì)包括現(xiàn)場踏勘及分析、航線規(guī)劃以及布置航測像控點(diǎn)。基于無人機(jī)航測技術(shù)在建筑工程地形測繪的作業(yè)流程如圖1所示。

根據(jù)施工前的實(shí)地勘察，起降點(diǎn)通常都會(huì)選擇在每個(gè)航空測量區(qū)域中央人流不大的公路、廣場、廠區(qū)內(nèi)道路或一些植物比較矮小的田地等。其具體選擇可根據(jù)飛行當(dāng)日風(fēng)向進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，盡可能選擇逆風(fēng)起降。除了要避開高壓線、移動(dòng)信號塔等高海拔的設(shè)備外，還要避開河流、水塘等水系，以保證無人機(jī)的起降安全[5]。

設(shè)計(jì)好航線以及起降點(diǎn)后進(jìn)行航空攝影作業(yè)，以獲取無人機(jī)航拍原始影像，然后針對有問題的圖像進(jìn)行處理[6]。之后進(jìn)行質(zhì)量檢查，如不合格重新進(jìn)行航拍作業(yè)，合格后提交成果。

1.2" "布置無人機(jī)航測像控點(diǎn)

1.2.1" "像素點(diǎn)布控方案優(yōu)化

就現(xiàn)狀來看，傳統(tǒng)的航測技術(shù)需要布置許多的航測像控點(diǎn)，由此導(dǎo)致工作量大大增加。在確保航測精度的前提下，本文對傳統(tǒng)的航測技術(shù)像素點(diǎn)布控方案進(jìn)行優(yōu)化。無人機(jī)航測像控點(diǎn)分布軌跡如圖2所示。

1.2.2" "布設(shè)像控點(diǎn)和檢查位置

無人機(jī)航測像控點(diǎn)的布置，對航空三測的精度有很大影響，是制約無人機(jī)測圖精度的一個(gè)重要因素。像控點(diǎn)設(shè)置包括野外局部布點(diǎn)和野外總體布點(diǎn)兩部分[7]。像控點(diǎn)的布置是否合理，對后期測量精度有著直接的影響，像控點(diǎn)數(shù)量會(huì)直接影響到控制三模型的精度，為此在布設(shè)航測像控點(diǎn)后，需要布設(shè)多個(gè)像控點(diǎn)和檢查位置。

1.2.3" "像控點(diǎn)布設(shè)要點(diǎn)

為了提高航空攝影測量的精度，本文采取非現(xiàn)場布點(diǎn)方法。在進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：一是圖像控制點(diǎn)必須清楚，并具備可讀性和判別性[8]。二是避免像控點(diǎn)選取受到陰影等因素的影響。三是確保影像控制點(diǎn)及周邊物體具有明顯灰度對比度，以增強(qiáng)影像點(diǎn)的可辨識性。四是在田間、路旁等地點(diǎn)選擇象控點(diǎn)時(shí)，需采用噴涂等方法標(biāo)注。五是對圖像控點(diǎn)資料要進(jìn)行多次收集，并選取平均值用于計(jì)算和分析。

2" "建筑工程地形影像處理

2.1" "影像畸變校正

布置無人機(jī)航測像控點(diǎn)之后，開始航攝作業(yè)。無人機(jī)測繪系統(tǒng)所使用的攝像機(jī)是非量測數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，因此航空圖像中存在著畸變問題[9]。畸變類型如圖3所示。

為了減小圖像畸變的影響，提高圖像的準(zhǔn)確性，必須對圖像進(jìn)行修正。圖像畸變的改正有兩大類：直接法和間接法。直接方法是通過對變形后的圖像進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算，得到對應(yīng)的坐標(biāo)值，然后在圖像灰度不變的條件下，對圖像進(jìn)行修正[10]。間接方法就是利用多個(gè)灰度內(nèi)插法，逆推修正后的圖象坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)圖象畸變修正。本次綜合兩種方法完成獲取影像的畸變校正。

2.2" "灰度影像濾波增強(qiáng)處理

除了對上文的畸變影像進(jìn)行校正處理，還需要對灰度影像進(jìn)行處理。進(jìn)行灰度影像濾波增強(qiáng)處理，有利于獲取良好的測繪影像，實(shí)現(xiàn)建筑工程地形測繪。

本文提出一種基于沃利斯濾波的圖像增強(qiáng)方法，其表達(dá)式如下：

G（x，y）=[g（x，y）-mg]（cs?）/（csg+s?/c）+bm?+（1-b）mg" （1）

式中：G（x，y）為點(diǎn)（x，y）為光點(diǎn)經(jīng)濾波變換處理后的灰度值；g（x，y）無人機(jī)航測原始圖像（x，y）的灰度值；mg為影像的灰度值均值；sg為灰度方差；m?為無人機(jī)航測圖像均值的方向和范圍；s?為無人機(jī)航測圖象變化的目標(biāo)值；c是無人機(jī)航測圖象變化的延伸常數(shù)；b是無人機(jī)航測圖象的光系數(shù)。

3" "實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1" "測繪前期準(zhǔn)備

3.1.1" "選取航測方法

在選擇無人機(jī)航測技術(shù)時(shí)，應(yīng)考慮到當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣?，合理地控制飛行高度和速度。在地形地貌比較復(fù)雜情況下，為了提高測繪技術(shù)的精度，應(yīng)選用大范圍、低高度的航測方法。若地勢比較平坦的話，可考慮提高航測高度。在實(shí)踐中，可以選則1/4000～1/8000m的航飛方式，通過這種方法，可以確保測量的精度和可靠性，從而提高測量的效率和質(zhì)量。

3.1.2" "資料收集與數(shù)據(jù)處理

在準(zhǔn)備階段，要注意資料收集與處理數(shù)據(jù)，以提高后續(xù)測繪的準(zhǔn)確性。為此，必須到實(shí)地考察測區(qū)，查明測區(qū)位置，修正測區(qū)及鄰近地區(qū)的坐標(biāo)參數(shù)。利用GLASS技術(shù)來布設(shè)控制點(diǎn)?；诖耍疚奶岢隽艘环N基于GLASS的高精度、低成本的地質(zhì)測量方法。GNSS技術(shù)測量要求如圖1所示。GNSS控制基本要求如表2所示。

按照表1的技術(shù)測量要求和和表2的控制基本要求，采用 RTK對測區(qū)各測點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行定位，并在此基礎(chǔ)上建立了3D-Lidar掃描儀進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。利用所獲得的數(shù)據(jù)，即可開展下一步的建筑工程地形測繪實(shí)驗(yàn)。

3.2" "實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

將傳統(tǒng)的測繪技術(shù)與本文的無人機(jī)航測技術(shù)做對比實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)得到這兩種方法測繪所得到的數(shù)據(jù)，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，采用無人機(jī)測量方法進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目的地形測量結(jié)果，其數(shù)值誤差一直維持在0.0001以內(nèi)。而傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，其誤差都大于0.01。兩種方法進(jìn)行比較，使用本文方法的測繪技術(shù)得到的數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)的誤差值更小，更接近實(shí)際情況。由此證明，無人機(jī)航測技術(shù)在建筑工程地形的測繪中準(zhǔn)確性更高，測繪效果較好。

4" "結(jié)束語

基于無人機(jī)航測技術(shù)設(shè)計(jì)的建筑工程地形測繪方法具有較高的測繪精度和效率，能夠更好地滿足現(xiàn)代建筑工程地形測繪的需求。相比傳統(tǒng)地形測繪技術(shù)，無人機(jī)航測技術(shù)具有更高的靈活性和時(shí)效性，可以在復(fù)雜地形條件下進(jìn)行高精度的測繪工作，避免了傳統(tǒng)測繪方法中存在的不足之處。

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較發(fā)現(xiàn)，基于無人機(jī)航測技術(shù)的地形測繪數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值更為擬合，證明該測繪技術(shù)可以更好地處理地形數(shù)據(jù)，有利于提高測繪的準(zhǔn)確性和可信度。

作為一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)，無人機(jī)航測技術(shù)具有較低的成本和能耗，可在建筑工程項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用，其可為建筑工程地形測繪提供更為準(zhǔn)確、高效和經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)支持，有利于降低整個(gè)工程的成本并并提高施工效率。

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