探究無人機(jī)航攝在工程測(cè)量測(cè)繪中的應(yīng)用

【摘要】文中對(duì)工程測(cè)量測(cè)繪中無人機(jī)航攝應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，并從無人機(jī)航攝應(yīng)用設(shè)計(jì)、設(shè)置測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)以及確定飛行路線等方面闡述無人機(jī)航攝應(yīng)用要點(diǎn)，以期將無人機(jī)航攝技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，進(jìn)一步提高工程測(cè)量測(cè)繪水平，進(jìn)而為工程項(xiàng)目安全、順利建設(shè)提供基礎(chǔ)保障。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)航攝；工程測(cè)量測(cè)繪；測(cè)量精度

【中圖分類號(hào)】TU198" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）01-0104-03

0 引言

工程測(cè)量測(cè)繪是現(xiàn)階段各類工程項(xiàng)目建設(shè)過程中重要環(huán)節(jié)，無人機(jī)航攝技術(shù)與工程測(cè)量測(cè)繪工作相結(jié)合，不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量測(cè)繪技術(shù)的不足，又能進(jìn)一步提高測(cè)量精度，充分滿足工程測(cè)量測(cè)繪各種要求，獲取高精度空間信息及清晰圖像，為工程項(xiàng)目順利建設(shè)提供精準(zhǔn)測(cè)繪數(shù)據(jù)。工程測(cè)量測(cè)繪中如何應(yīng)用無人機(jī)航攝，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問題。

1 工程測(cè)量測(cè)繪中無人機(jī)航攝應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

無人機(jī)完成航空拍攝任務(wù)，再通過攝像機(jī)及相關(guān)技術(shù)手段，可獲取高精度地理空間信息，分析與處理所獲取的信息，掌握與目標(biāo)對(duì)象相關(guān)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，為后期工程項(xiàng)目建設(shè)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。無人機(jī)航攝技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，需要先明確空間物體三維坐標(biāo)，并將其與航攝圖像或膠片上對(duì)應(yīng)像點(diǎn)進(jìn)行幾何關(guān)系建立，再確定空間中某物體的位置、形狀及大小等信息。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）節(jié)約測(cè)繪成本。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)具有一定滯后性，且需要較多測(cè)量人員完成相關(guān)工作，增加了額外測(cè)繪成本?，F(xiàn)階段工程測(cè)量測(cè)繪工作中對(duì)無人機(jī)航攝技術(shù)合理應(yīng)用，可以減少測(cè)量測(cè)繪工作中人力、物力等資源投入，簡(jiǎn)化工程測(cè)量測(cè)繪流程，節(jié)約測(cè)繪成本，并縮短整個(gè)工程項(xiàng)目測(cè)量時(shí)間[1]。

（2）測(cè)量精度提高。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用，主要依靠地面測(cè)量與激光雷達(dá)儀器進(jìn)行工程測(cè)量測(cè)繪，由于坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)量不多，無法保證所獲取數(shù)據(jù)完整性和可靠性，其測(cè)量精度也難以達(dá)到目前工程測(cè)量測(cè)繪要求。因此，將工程測(cè)量測(cè)繪與無人機(jī)航攝技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)獲取，并利用重疊區(qū)域較大的特性，高效捕捉測(cè)量區(qū)域內(nèi)細(xì)節(jié)信息，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)地勘測(cè)模式不足，保證工程測(cè)量測(cè)繪工作質(zhì)量。同時(shí)可以借助GPS完成點(diǎn)位的精確定位，將所獲取的圖像數(shù)據(jù)與已有數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，提升工程測(cè)量測(cè)繪數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性與可靠性。

（3）較高靈活性。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)手段較為單一，且操作流程相對(duì)繁瑣，且受空間條件制約，同時(shí)也無法保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。而無人機(jī)航攝在工程測(cè)量測(cè)繪中應(yīng)用，能發(fā)揮該項(xiàng)技術(shù)較高的靈活性，可根據(jù)測(cè)量區(qū)域?qū)嶋H情況對(duì)航拍高度、拍攝角度及拍攝時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)測(cè)量區(qū)域完全覆蓋，再結(jié)合后期數(shù)據(jù)處理需要，可自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)三維模型或影像數(shù)據(jù)，將測(cè)量區(qū)域具體情況如實(shí)反映。

（4）應(yīng)用廣泛性。建筑工程、橋梁工程、道路工程及水利工程等工程項(xiàng)目測(cè)量測(cè)繪工作中均適用無人機(jī)航攝技術(shù)，能夠根據(jù)工程項(xiàng)目具體測(cè)量要求制定無人機(jī)航攝測(cè)量方案，充分滿足多種工程測(cè)量要求。此外，工程測(cè)量測(cè)繪工作也可在該項(xiàng)技術(shù)支持下，進(jìn)一步擴(kuò)大測(cè)量范圍，切實(shí)提升測(cè)量工作效率。

2 工程測(cè)量測(cè)繪中無人機(jī)航攝的具體應(yīng)用

2.1 依據(jù)工程項(xiàng)目性質(zhì)，合理設(shè)計(jì)無人機(jī)航攝應(yīng)用

基于無人機(jī)航攝應(yīng)用開展工程測(cè)量測(cè)繪工作時(shí)，做好前期無人機(jī)航攝應(yīng)用設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作非常關(guān)鍵，根據(jù)工程測(cè)量測(cè)繪具體要求，明確無人機(jī)航攝應(yīng)用過程中各項(xiàng)操作細(xì)節(jié)及注意事項(xiàng)，以保證技術(shù)操作規(guī)范性，提升工程測(cè)量測(cè)繪工作效率和質(zhì)量。高精度、高效率是無人機(jī)航攝技術(shù)明顯的基本特征，由于工程項(xiàng)目性質(zhì)不同，對(duì)無人機(jī)航攝的應(yīng)用要求也不同，為確保無人機(jī)航攝技術(shù)優(yōu)勢(shì)在工程測(cè)量測(cè)繪中有效發(fā)揮，需要綜合考慮工程項(xiàng)目特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)應(yīng)用方案，再根據(jù)具體測(cè)量要求，明確各項(xiàng)測(cè)量參數(shù)，確保無人機(jī)航攝測(cè)量相關(guān)工作順利推進(jìn)。例如，在路橋工程測(cè)量測(cè)繪中應(yīng)用無人機(jī)航攝時(shí)，道路橋梁的長(zhǎng)度、寬度、高度等均是要掌握的關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)，結(jié)合這些測(cè)量參數(shù)確定攝像機(jī)安裝位置及拍攝角度，避免出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確問題。可結(jié)合所掌握的測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷該當(dāng)前該工程是否存在病害問題，再與病害信息庫中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定該工程所存在病害問題的特征，并提出針對(duì)性應(yīng)急決策，減少病害對(duì)道路橋梁工程使用安全的負(fù)面影響?；诼窐蚬こ虦y(cè)量的無人機(jī)航攝應(yīng)用設(shè)計(jì)參考圖1。

為確保無人機(jī)飛行過程安全性以及獲取數(shù)據(jù)的可用性，在制定飛行計(jì)劃時(shí)對(duì)無人機(jī)飛行高度、速度及拍攝方式等加以考慮，并全面掌握飛行區(qū)域地形地貌及環(huán)境條件等信息，使無人機(jī)飛行計(jì)劃制定符合工程測(cè)量測(cè)繪要求。由于攝像機(jī)是支撐無人機(jī)航攝在工程測(cè)量測(cè)繪中應(yīng)用的核心設(shè)備，應(yīng)根據(jù)工程測(cè)量測(cè)繪需求，對(duì)攝像機(jī)類型進(jìn)行選擇，以保證測(cè)量測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[2]。部分工程項(xiàng)目對(duì)測(cè)量精度有較高要求，適宜選用高精準(zhǔn)度高像素?cái)z像機(jī)，并按照測(cè)量測(cè)繪工作要求細(xì)化攝像機(jī)各項(xiàng)參數(shù)配置，提高測(cè)量精度。此外，地面控制點(diǎn)布設(shè)密度以及位置選擇是否合理對(duì)無人機(jī)航攝測(cè)量數(shù)據(jù)精度與準(zhǔn)確性有著直接影響，在無人機(jī)航攝應(yīng)用設(shè)計(jì)階段，相關(guān)人員要根據(jù)測(cè)量區(qū)域的地形地貌進(jìn)行地面控制點(diǎn)布設(shè)，同時(shí)確定布設(shè)密度，確保應(yīng)用無人機(jī)航攝對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量時(shí)能夠做到全面覆蓋。

2.2 設(shè)置測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)

基于實(shí)地測(cè)量，通過所選擇的測(cè)量方式并配合加密操作手段，完成一組高精度空間坐標(biāo)點(diǎn)集獲取，根據(jù)設(shè)定要求進(jìn)行掛接，同時(shí)對(duì)空間中各點(diǎn)位置關(guān)系對(duì)應(yīng)的水平基準(zhǔn)框架加以確定，使后續(xù)測(cè)量具備完整且可靠的坐標(biāo)系統(tǒng)，確保無人機(jī)航攝應(yīng)用過程中所提供的坐標(biāo)基準(zhǔn)保持高精度，提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可靠性。針對(duì)測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)設(shè)置，具體操作如下：

（1）合理選擇控制點(diǎn)。依據(jù)無人機(jī)航攝規(guī)劃，考慮工程項(xiàng)目測(cè)區(qū)特點(diǎn)，對(duì)各類型控制點(diǎn)進(jìn)行合理選擇，并確定控制點(diǎn)數(shù)量，如高程控制點(diǎn)、經(jīng)緯儀控制點(diǎn)等。為確保測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)的各控制點(diǎn)分布密度符合無人機(jī)航攝測(cè)量要求，在實(shí)際操作過程中可以結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整控制點(diǎn)，確?？刂泣c(diǎn)密度分布合理性。

（2）為保證各控制點(diǎn)之間聯(lián)系更加緊密，對(duì)測(cè)量區(qū)域控制網(wǎng)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，要選擇合適的測(cè)量方式及技術(shù)手段。如運(yùn)用無偏測(cè)量方式，使各控制點(diǎn)之間的水平與垂直精度均符合規(guī)定要求[3]。在無人機(jī)航攝技術(shù)應(yīng)用過程中，若攝像機(jī)參數(shù)未做好相應(yīng)調(diào)整或存在地面遮擋物等情況，則會(huì)影響各控制點(diǎn)之間的有效聯(lián)系，難以將其功能作用發(fā)揮。因此，在具體操作中要根據(jù)測(cè)量區(qū)域情況適當(dāng)調(diào)整各控制點(diǎn)，使其密度、所在位置均滿足無人機(jī)航攝測(cè)量要求。

（3）通常情況下，待測(cè)量作業(yè)結(jié)束后，需要立即驗(yàn)證控制點(diǎn)，利用相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，判斷測(cè)量精度與規(guī)定要求是否相符合。因控制點(diǎn)資料不完整、人為干擾等情況均會(huì)影響數(shù)據(jù)精度，進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證時(shí)，要提前做好檢查工作，解決數(shù)據(jù)失真問題。

2.3 確定飛行路線

工程測(cè)量測(cè)繪中應(yīng)用無人機(jī)航攝，航空飛行路線確定是前期準(zhǔn)備工作中需要高度重視的問題，根據(jù)工程項(xiàng)目測(cè)量測(cè)繪具體要求，對(duì)無人機(jī)航攝區(qū)域進(jìn)行確定，同時(shí)對(duì)測(cè)區(qū)飛行范圍、測(cè)量精度要求及數(shù)據(jù)獲取類型等內(nèi)容加以明確，以保證無人機(jī)航空飛行路線確定合理性，滿足工程測(cè)量測(cè)繪工作需要。

設(shè)計(jì)無人機(jī)航空飛行路線時(shí)，要先做好工程項(xiàng)目測(cè)區(qū)內(nèi)空中障礙物評(píng)估，對(duì)該區(qū)域范圍內(nèi)的地理數(shù)據(jù)、航空?qǐng)D像進(jìn)行獲取，再將建筑物、電線桿及樹木等障礙物對(duì)應(yīng)位置、高度等信息準(zhǔn)確標(biāo)注，防止無人機(jī)航空飛行過程中與障礙物發(fā)生碰撞。以測(cè)量區(qū)域形狀及大小為依據(jù)，設(shè)計(jì)無人機(jī)在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的飛行航線，其中正方形航線、螺旋狀航線及網(wǎng)格狀航線等均為常用航線規(guī)劃形式，為保證數(shù)據(jù)獲取完整性，規(guī)劃飛行航線時(shí)，需要對(duì)各航線可能會(huì)出現(xiàn)重疊問題進(jìn)行考慮，確保所規(guī)劃的飛行航線對(duì)測(cè)量區(qū)域完全覆蓋，提高測(cè)量精度[4]。結(jié)合工程測(cè)量測(cè)繪要求，考慮無人機(jī)性能特點(diǎn)，確定無人機(jī)飛行高度、速度，避免出現(xiàn)測(cè)量精度較低問題，使細(xì)節(jié)信息捕捉更加全面。將無人機(jī)飛行速度控制在規(guī)定要求范圍內(nèi)，保證所采集數(shù)據(jù)可靠性、一致性。

此外，無人機(jī)航攝技術(shù)在工程測(cè)量測(cè)繪中應(yīng)用時(shí)，也會(huì)較常出現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量較差等情況?；诖?，在后期規(guī)劃無人機(jī)航空飛行路線時(shí)，應(yīng)在不影響測(cè)量精度前提下，確定合適的航拍間隔距離，再不斷調(diào)整攝像機(jī)參數(shù)，使相鄰圖像保持一定重疊度，提升圖像數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量，也能降低后期圖像拼接、三維重建等圖像處理難度。同時(shí)嚴(yán)格按照現(xiàn)行航空法規(guī)及無人機(jī)飛行規(guī)范要求設(shè)計(jì)和確定測(cè)量區(qū)域內(nèi)的飛行路線，避免因飛行操作不符合相關(guān)法規(guī)或缺乏規(guī)范性而影響工程測(cè)量測(cè)繪工作順利開展。待飛行路線確定后，測(cè)量人員可以操作無人機(jī)試飛預(yù)定航線，以掌握無人機(jī)在預(yù)定航線飛行時(shí)的各項(xiàng)信息，同時(shí)也能確認(rèn)測(cè)量區(qū)域圖像數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量是否符合工程測(cè)量測(cè)繪要求。

2.4 設(shè)置測(cè)量區(qū)域外部控制點(diǎn)

控制點(diǎn)布設(shè)是工程測(cè)量測(cè)繪中應(yīng)用無人機(jī)航攝技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)工程測(cè)量測(cè)繪要求布設(shè)控制點(diǎn)，可以更好地發(fā)揮無人機(jī)航攝技術(shù)優(yōu)勢(shì)。通常情況下，普遍利用全站儀或GPS測(cè)量?jī)x輔助完成控制點(diǎn)布設(shè)，再結(jié)合相應(yīng)處理手段，實(shí)現(xiàn)高精度坐標(biāo)信息獲取。針對(duì)測(cè)量區(qū)域外部控制點(diǎn)布設(shè)，具體涉及以下幾項(xiàng)操作內(nèi)容 ：

（1）明確測(cè)量區(qū)域范圍、地形地貌及周邊環(huán)境等信息，同時(shí)考慮測(cè)量區(qū)域具體情況，確定控制點(diǎn)布設(shè)方式，要保證控制點(diǎn)布設(shè)數(shù)量滿足無人機(jī)航攝要求，提升所獲取數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性，保證測(cè)量數(shù)據(jù)精度，在一定程度上也能避免因控制點(diǎn)數(shù)量布設(shè)過多而導(dǎo)致額外測(cè)繪成本增加。

（2）考慮光影對(duì)測(cè)量區(qū)域外部控制點(diǎn)布設(shè)效果的干擾影響，控制點(diǎn)布設(shè)密度、數(shù)量既要符合測(cè)量要求，也能夠?qū)y(cè)量區(qū)域全面覆蓋，盡可能降低光影對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)精度影響，提高后續(xù)數(shù)據(jù)處理質(zhì)量。

（3）待測(cè)量區(qū)域外部控制點(diǎn)布設(shè)完成后，可以采用控制點(diǎn)運(yùn)行方式，掌握各控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置及狀態(tài)信息，目的是為后續(xù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)提供參考[5]?？刂泣c(diǎn)檢查與控制點(diǎn)記錄是控制點(diǎn)運(yùn)行主要涉及的內(nèi)容，前者通過定位和檢測(cè)控制點(diǎn)，確認(rèn)控制點(diǎn)位置是否準(zhǔn)確，檢查其狀態(tài)是否穩(wěn)定；后者則是對(duì)控制點(diǎn)的位置及狀態(tài)進(jìn)行跟蹤和記錄，避免因控制點(diǎn)位置不準(zhǔn)確或狀態(tài)不穩(wěn)定而影響后續(xù)數(shù)據(jù)處理效果。

2.5 處理測(cè)量數(shù)據(jù)

為避免測(cè)量數(shù)據(jù)處理不全面，除了要根據(jù)相關(guān)要求規(guī)范處理測(cè)量數(shù)據(jù)以外，也要選擇合適的數(shù)據(jù)處理方式，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)處理質(zhì)量。測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程如下：

（1）搭建數(shù)學(xué)模型，借助該模型處理無人機(jī)航攝圖像數(shù)據(jù)，幾何糾正所獲取的圖像數(shù)據(jù)，并在模型內(nèi)將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)。搭建數(shù)學(xué)模型前，先確定無人機(jī)攝像機(jī)參數(shù)及平臺(tái)位置等相關(guān)信息，確保數(shù)學(xué)模型搭建有效性。利用已知控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)圖像與地面或地圖之間的位置關(guān)系，再借助數(shù)學(xué)模型對(duì)各像點(diǎn)的地理坐標(biāo)、高程進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，在此基礎(chǔ)上搭建幾何空間模型，降低后期數(shù)據(jù)處理難度。

（2）無人機(jī)航攝過程中，所獲取的航攝圖像常出現(xiàn)中心畸變、透視畸變及徑向失真等問題，因此需要對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過數(shù)學(xué)模型對(duì)失真圖像加以校正。致使無人機(jī)航攝圖像質(zhì)量不高情況出現(xiàn)的原因與航攝期間受到外部因素干擾有著直接關(guān)系。在處理圖像數(shù)據(jù)時(shí)，即可采用對(duì)比度增強(qiáng)、降低噪聲、銳化及平滑處理等圖像增強(qiáng)方式，提升圖像質(zhì)量。

（3）將數(shù)字高程模型、攝像機(jī)外方位元素、傳感器信息及紋理信息等相關(guān)數(shù)據(jù)信息結(jié)合在一起，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維模型自動(dòng)生成，將工程項(xiàng)目測(cè)量區(qū)域場(chǎng)景真實(shí)還原，使后期工程建設(shè)更加順利。

3 結(jié)語

綜上所述，工程測(cè)量測(cè)繪中應(yīng)用無人機(jī)航攝技術(shù)，不僅可以保證工程測(cè)量測(cè)繪精度，又能進(jìn)一步提升該項(xiàng)工作效率和質(zhì)量。與傳統(tǒng)航拍測(cè)量技術(shù)不同的是，無人機(jī)航攝在實(shí)際應(yīng)用中具有更高的安全性與靈活性，能夠充分滿足工程測(cè)量測(cè)繪需求，對(duì)我國測(cè)量測(cè)繪行業(yè)發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳銀福.無人機(jī)航攝在工程測(cè)量測(cè)繪中的應(yīng)用[J].信

息系統(tǒng)工程，2023（09）：47-50.

[2] 殷立瓊，孫長(zhǎng)奎，潘九寶.無人機(jī)航攝作業(yè)關(guān)鍵步驟

和發(fā)展趨勢(shì)分析[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2022，45（03）：39

-42.

[3] 郭海杰.論無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量和

地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2021（10）：

155-156.

[4] 馮琪，徐廷海.無人機(jī)航攝技術(shù)在地表變形監(jiān)測(cè)中

的應(yīng)用[J].智能城市，2021，7（05）：55-56.

[5] 戴震軍.輕小型無人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探

究[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2020（05）：154.

[作者簡(jiǎn)介]楊光勝（1986―），男，安徽安慶人，工程師，研究方向：測(cè)繪工程。